PLC چیست و چه کاربردی دارد؟

(PLC (Programable logic Controller یا همان کنترلر منطقی برنامه‌پذیر تجهیزی است که در گذشته وظیفه آن را مدارهای فرمان رله­‌ای بر عهده داشتند. با افزایش تعداد رله‌ها در این مدارها، حجم و پیچیدگی بسیار زیاد شده و باعث افزایش قیمت مدارهای فرمان می‌شود. به منظور رفع مشکلات مدارهای فرمان رله‌ای PLC تولید گردید. در سال 1968 در آمریکا برای نخستین بار PLC ساخته شد و در سال 1973 توسط آلمانی‌ها وارد بازار گردید.

اگر در سیستم‌های رله‌ای اشکالی بوجود بیاید یا نیاز باشد که منطق کنترل سیستم تغییر کند، یک پروسه بسیار دشوار و زمان‌بر خواهد بود. در صورت استفاده از PLC می‌توان به آسانی روند یا عملکرد ماشین را با تغییر برنامه‌ها و ارسال به PLC تغییر داد. استفاده و استقبال گسترده صنعت از PLC باعث محبوب شدن دوره‌های آموزش PLC برای دانشجویان برق در سراسر دنیا گردیده است. از پرکاربردترین و محبوبترین PLCهای موجود در کشور ما می‌توان به زیمنس plc شرکت زیمنس SIEMENS سری S5 و S7 اشاره نمود.

PLC دارای یک سری ورودی و خروجی است که توانایی پردازش اطلاعات وارد شده از ورودی را دارا می‌باشد و در قسمت خروجی نتیجه عملیات، در یک اجراکننده یا شبیه‌ساز مشخص می‌گردد. طریقه کار PLC به این صورت است که وضعیت ماشین از طریق ترمینال‌های ورودی توسط PLC حس شده و پاسخ مناسبی را برای آن فراهم می‌کند.

ورودی‌ها: کلیدهای قطع و وصل، سنسورها، عوامل مکانیکی

خروجی‌ها: موتورها، لامپ‌ها، نمایشگرها، رله و کنتاکتورها

شرکت سازنده به همراه PLC یک نرم‌افزار هم ارائه می‌دهد که با نصب این نرم‌افزار بر روی کامپیوتر می‌توان دستورات لازم را از طریق کامپیوتر به PLC وارد نمود. زیمنس plc مینی یک رابط بین کامپیوتر و مدار است و دستوراتی که در کامپیوتر وارد می‌شود را به وسیله یک مدار رابط انتقال می‌دهد که نتیجه آن کنترل و راه‌اندازی دستگاه و ماشین‌ها مطابق برنامه مشخص شده می‌باشد. به منظور تسریع تبادل اطلاعات و کنترل دقیق‌تر دستگاه‌ها، PLC دارای پورت ارتباطی صنعتی می‌باشد.

مشخصه‌های PLC

• ورودی و خروجی دیجیتال و آنالوگ
• تایمر
• شمارنده
• رله کمکی
• حجم فضای قابل برنامه‌ریزی
• سرعت اجرای دستورات

بخش سخت‌افزاری PLC

• کارت‌های افزایشی
• ماژول اصلی
• ماژول تغذیه
• قطعات جانبی

5 قسمت اصلی PLC

5 قسمت اصلی PLC عبارت است از:

1. منبع تغذیه (Power Supply)
2. واحد پردازنده مرکزی (cpu)
3. حافظه (Memory)
4. رابط برنامه‌نویسی (Programmer)
5. واحد ورودی/خروجی (I/O)

در ادامه هر یک از موارد فوق را بررسی خواهیم کرد.

1. منبع تغذیه (Power Supply)

کار منبع تغذیه تامین ولتاژهای مورد نیاز PLC می‌باشد. اگر ورودی منبع تغذیه AC باشد بایستی منبع تغذیه دارای فیوز مناسب باشد تا در برابر نویز و نوسانات ولتاژ ورودی محیط صنعتی را ایمن نگه دارد. تنظیم بودن ولتاژ منبع تغذیه ضروری می‌باشد.

2. واحد پردازنده مرکزی (cpu)

وظیفه این ریزپردازنده گرفتن اطلاعات ورودی، تجزیه و تحلیل روی اطلاعات و در نهایت صادر کردن برنامه‌هایی برای فعال یا غیرفعال کردن خروجی می‌باشد. cpu به عنوان قلب PLC شناخته می‌شود و هرچه سرعت cpu بیشتر باشد، زمان اجرای دستورها کم‌تر می‌گردد.

3. حافظه (Memory)

برنامه‌ها و اطلاعات مورد نیاز بر روی حافظه ذخیره می‌گردد.
حافظه دائم ROM: حافظه‌ای که در صورت قطع برق و عملیات cpu دچار تغییر نشده و قطع نمی‌شود. دارای برنامه‌ای است که توسط کارخانه سازنده تعبیه گردیده است.
حافظه موقت RAM: حافظه‌ای که برنامه‌ها در آن ذخیره شده و می‌توان به وسیله برنامه‌ریز اطلاعات موجود بر روی آن را تغییر، پاک یا برنامه‌ریزی کرد. در صورتی که برق قطع گردد بر خلاف حافظه دائم اطلاعات موجود در RAM پاک می‌شوند.

4. رابط برنامه‌نویسی (Programmer)

اگر بخواهیم برای PLC یکسری دستورات و برنامه را تعریف کنیم، بایستی از یک رابط استفاده کنیم. یکی از رابط‌ها کامپیوترهای شخصی و نصب نرم‌افزار مربوط به PLC است و رابط دیگر صفحه کلید کوچک به همراه مانیتور می‌باشد.

5. واحد ورودی/خروجی (I/O)

وظیفه ارتباط PLC با دنیای خارج بر عهده این قسمت می‌باشد.

انواع سیستم PLC

با توجه به میزان حافظه و تعداد ورودی و … PLC، تقسیم‌بندی زیر حاصل می‌شود:

1. PLCهای کوچک
2. PLCهای متوسط
3. PLC های بزرگ

در ادامه هر یک از موارد فوق را بررسی خواهیم کرد.

1. PLCهای کوچک

حداکثر دارای دو یا چند ورودی/خروجی هستند، تابعیت گسترش آن‌ها محدود است و برنامه‌نویسی آن‌ها بصورت نردبانی یا بوسیله دستورات نمادی می‌باشد.

2. PLCهای متوسط

ساختار مدولار این PLC‌ها باعث سادگی تغییر و توسعه آن‌ها می‌باشد. در صورتی ‌که مدول‌ها تغییر کنند یا تنها با اضافه نمودن آن‌ها تغییر و توسعه انجام می‌شود. PLC های متوسط را می‌توان در آینده توسعه داد و دارای ورودی و خروجی‌های زیادی هستند. به دلیل داشتن امکانات ارتباطی زیاد می‌توان از آن‌ها در کنترل گسترده استفاده نمود. برنامه‌نویسی در این مدل PLC‌ها بصورت نردبانی یا نمادی و دستورات گرافیکی می‌باشد.

3. PLC‌های بزرگ

این مدل از PLC‌ها نسبت به دو نوع قبلی پیچیده‌تر می‌باشد. دارای تعداد ورودی و خروجی‌های زیاد بوده و عملیات کنترلی پیچیده‌ای دارند. برای کنترل چندین PLC کوچک از این نوع استفاده می‌شود. برنامه‌نویسی این نوع از PLC‌ها با کمک زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا انجام می‌گیرد.

کاربرد PLC

• کنترل هرگونه ماشین
• تشکیل فرآیند اتوماتیک و پیچیده
• کنترل دستگاه‌های مختلف صنعتی
• اتوماسیون خطوط کارخانه (کنترل سیستم خط تولید) ]کارخانه فرآوری سنگ معدن، تصفیه‌خانه فاضلاب، صنایع نفت و گاز، مواد غذایی، لاستیک[
• طراحی BMS
• عملکرد ایمن در محیط صنعتی سخت (دمای شدید، رطوبت بالا، خشک و گردوغبار)

مزایای PLC

• برنامه‌پذیر بودن
• سهولت در تغییر سیستم کنترل
• کوچک‌تر شدن ابعاد سیستم کنترل
• عیب‌یابی سریع‌تر
• کاهش توان مصرفی
• خرابی کمتر و عمر بیشتر به دلیل نداشتن استهلاک مکانیکی
• توانایی اجرای برنامه‌های پیچیده‌تر
• توانایی تبادل اطلاعات با سایر سیستم‌ها
• بالاتر بودن قدرت منطقی، محاسباتی، مقایسه‌ای و نگهداری اطلاعات در مقایسه با مدارهای فرمان معمولی
• کاهش خطای انسانی
• کاهش زمان، افزایش تولید و بالا رفتن بازدهی
• ضریب اطمینان و درجه حفاظت بالا
• سهولت برنامه‌نویسی

استفاده از مدار منطقی برای محاسبات و پردازش باعث کاهش خطای PLC نسبت به مدار فرمان می‌باشد.

PLC یا کامپیوتر

ابتدا تفاوت بین PLC و کامپیوتر را بیان می‌کنیم. در کامپیوتر فقط یکسری اطلاعات وجود دارد در حالیکه در PLC وقتی خروجی خارج می‌شود می‌توان نتیجه دستورات را مشاهده نمود. تفاوت دیگر کامپیوتر و PLC در نوع و عمل ترکیب ورودی و خروجی‌ها است.

و اما علت استفاده نکردن از کامپیوتر در محیط‌های صنعتی چیست؟

1) از نظر فیزیکی: آسیب دیدن قطعات ظریف کامپیوتر در اثر شرایط نامساعد صنعتی مثل: غبار، رطوبت، گرما و سرما، نویز الکتریکی و نوسان برق باعث شده کامپیوترها در محیط‌های صنعتی انتخاب خوبی نباشند.

2) از نظر محاسباتی: معمولا کامپیوترها برای انجام دادن یک حیطه وسیع از کارها مورد استفاده قرار می‌گیرند که این موضوع باعث کاهش قدرت و توانایی محاسباتی آنها می‌شود، در حالیکه وقتی سیستم کامپیوتری (PLC) برای یک هدف خاص و مشخص طراحی گردد، از نظر قدرت و کارایی به خوبی عمل می‌کند.

پارامترهای مهم برای انتخاب PLC مناسب

• نوع تغذیه
• تعداد ورودی و خروجی‌ها
• نوع بار (جریان خروجی و ولتاژ آن)
• دقت و سرعت انجام پروژه
• میزان حافظه
• توان و نوع برنامه کاری PLC
• تعداد تایمرها و کانترها