آموزش PLC (معرفی ساختار PLC)

مقدمه ای در مورد PLC

PLC از عبارت Programmable Logic Controller به معنای کنترل کننده قابل برنامه ریزی گرفته شده است.کلمه PLC به عنوان نشان تجاری ثبت شده شرکت Allen Bradley است.لذا شرکتهایی همچون Siemens از لغات دیگری مانند simatec،sirotec و.. استفاده می کنند.PLC کنترل کننده ای نرم افزاری است که ورودی ها را دریافت می کند و آنها را طبق برنامه ای که در حافظه اش ذخیره شده،پردازش می نماید و سپس نتیجه عملیات را از قسمت خروجی به صورت فرمان هایی به گیرنده و اجراکننده های فرمان،ارسال می کند.

وظیفه PLC در گذشته بر عهده مدارهای فرمان رله ای بود که استفاده از آنها امروزه در محیطهای صنعتی منسوخ گردیده است.مشکل اساسی این مدارها در این است که با افزایش تعداد رله ها حجم و وزن مدار فرمان بسیار بزرگ می شود و در نتیجه افزایش قیمت فرایند را به دنبال خواهد داشت.برای رفع این اشکال مدارهای فرمان الکترونیکی ساخته شد،ولی با وجود این هنگامی که تغییری در روند یا عملکرد ماشین صورت می گرفت لازم بود تغییرات بسیاری در سخت افزار سیستم کنترل داده شود.با استفاده از PLC تغییر در روند یا عملکرد ماشین به آسانی صورت می پذیرد،زیرا دیگر لازم نیست سیم کشی ها و سخت افزار سیستم کنترل تغییر کند و تنها کافی است که تغییرات را در برنامه ایجاد نمود و به PLC ارسال کرد تا هدف مورد نظر تحقق یابد.

PLC های سخت افزاری شبیه کامپیوتر دارند،البته با ویژگی های خاصی که مناسب کنترل صنعتی است که از این ویژگی ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• مقاوم در برابر نویزهای موجود در محیط صنعتی
• بهره مندی از ساختار ماژولار(چند بخشی قابل اتصال) جهت تعویض آسان بخش های مختلف
• اتصالات ورودی خروجی و سطوح سیگنال استاندارد
• زبانهای برنامه نویسی ساده و متنوع
• امکان تغییر برنامه در هنگام کار

مجموعه دلایل فوق باعث شده اند تا PLC ها روز به روز کاربرد بیشتری در صنایع پیدا نمایند.

بلوک دیاگرام ساختمان PLC

یک PLC با امکان ذخیره سازی برنامه ساختاری مشابه با کامپیوترها دارد.با این تفاوت که PLCبه عنوان بخش پردازش و کنترل یک پروسه صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.

مانند آنچه در شکل زیر مشاهده می شود ورودی ها اطلاعات لازم را به PLC منتقل کرده و PLC نیز بر طبق نیاز سیستم کنترلی و بر مبنای برنامه ای که در داخل آن نوشته شده است خروجی ها را کنترل می کند.

 PLCها در اصل از یک منبع تغذیه،واحد دریافت سیگنالهای ورودی،واحد پردازش مرکزی همراه با ریزپردازنده،حافظه ذخیره سازی برنامه،واحد ارسال سیگنالهای خروجی و... تشکیل شده اند.در PLC نحوه کنترل پروسه به صورت یک برنامه در حافظه آن ذخیره می شود.در شکل زیر می توانید واحدهای مختلف یک PLC را مشاهده نمایید که در ادامه به تشریح آنها خواهیم پرداخت.

لازم به ذکر است که PLC های موجود در صنعت به صورت های فشرده (Compact)، ماژولار(Modular)، شبکه ای(Network) و نیز به صورت PC صنعتی وجود دارند.برای PLC های با تعداد ورودی و خروجی کم،یعنی با حداکثر حدود PLC،100 DI/DO (ورودی ها و خروجی های دیجیتال)های مدل فشرده و یا میکرو (مانند PLC های مدل S7 200) مورد استفاده قرار می گیرد و برای PLC های با تعداد ورودی و خروجی های بیشتر از 100 DI/DOاز PLC های مدل ماژولار استفاده می شود.

اصول کارکرد و قسمت های مختلف یک PLC

PLC ها ورودی ها را دریافت کرده و پس از خواندن برنامه نوشته در داخل آن،به خروجی ها فرمان لازم را می دهد.در حالت کلی PLC از سه قسمت اصلی زیر تشکیل شده است.

• بخش ورودی
• CPU
• بخش خروجی

در شکل زیر عملکرد هر بخش بیان شده است

بخش ورودی

همانگونه که گفته شد یکسری از ورودی ها به PLC وصل شده و اطلاعات لازم را به PLC می دهند این ورودی ها ممکن است سنسور،کلید،لمینت سوئیچ و ... باشند.در حالت کلی می توان این ورودی ها را به دو دسته آنالوگ که همان سیگنال پیوسته می باشد و دیجیتال تقسیم کرد.در شکل زیر می توانید انواع ورودی هایی که به PLC متصل می شوند را مشاهده نمایید

بخش خروجی

در بخش خروجی PLC نیز می توان ادوات صنعتی مختلفی مانند موتور،والو،نمایشگر،شیرهای هیدرولیکی و ... را وصل کرد.بخش خروجی را نیز می توان به دو حالت کلی دیجیتال و آنالوگ تقسیم کرد.شکل زیر انواع خروجی هایی که به PLC متصل می شوند را نمایش می دهد.

CPU

CPU مغز متفکر PLC بوده و در واقع تمامی روندهای کنترلی را بر عهده دارد.تمامی اطلاعاتی که از ورودیها جمع آوری می شود در CPU و براساس برنامه کنترلی نوشته شده پردازش شده آنگاه خروجی ها تحت کنترل قرار می گیرند.شایان ذکر است که CPU شامل اجزایی مانند حافظه و میکرو پروسسور می باشد.

پس از آشنایی با سه بخش مهم یک PLC و برای درک بهتر موضوع در شکل زیر یک مثال آورده شده است تا عملکرد هر سه بخش مشاهده شود.در این مثال کلیدهای فشاری به ورودیهای PLC وصل می شوند و موتوری را که توسط راه انداز به خروجی PLC متصل است،بر اساس برنامه نوشته شده روشن و خاموش می کنند این برنامه می تواند چپگرد-راستگرد و یا یک مدار ساده خود نگه دار باشد کلید فشاری را نیز می توان مانند یک سنسور فرض کرد که فشار دست را حس می کند.

مفاهیم پایه در عملکرد یک سیستم PLC

در این قسمت به معرفی موضوعاتی می پردازیم که اساس کارPLC می باشند و در واقع روند کاری و خواندن برنامه توسط CPU را معرفی می کنیم.

تصویر ورودیها (Process Image Input)

قبل از اجرای،CPU وضعیت تمام ورودی ها را بررسی و در قسمتی از حافظه به نام PII نگهداری می نماید.جز در موارد استثنایی و تنها در بعضی از انواع PLC غالبا در حین اجرای برنامه،CPU به ورودی ها مراجعه نمی کند.بلکه برای اطلاع از وضعیت هر ورودی به سلول مورد نظر درPII  رجوع می کند.در برخی موارد این قسمت از حافظه IIT(Input Image Table) نیز خوانده می شود.

تصویر خروجی ها(PIQ)

هرگاه در حین اجرای برنامه یک مقدار خروجی بدست آید،در این قسمت از حافظه نگهداری می شود.جز در موارد استثنایی و تنها در برخی از انواع PLC،غالبا در حین اجرای برنامه،CPU به خروجی ها مراجعه نمی کند بلکه برای ثبت آخرین وضیعت هر خروجی به سلول مورد نظر در PIQ رجوع می کند و در پایان اجرای برنامه،آخرین وضعیت خروجی ها از PIQ به خروجی های فیزیکی منتقل می گردند.در برخی موارد این قسمت از حافظه QIT(Input Image Table) می گویند.

سیکل اسکن

در یک مدار سخت افزاری پیاده شده توسط PLC مانند شکل زیر که برنامه آن به زبان LADDER می باشد،حالات ورودی ها باعث تغییر حالت خروجی ها می شود.

در PLC،واکنش خروجی ها به حالات ورودی ها سریع نیست اما یک PLC با انجام یک پروسه سه مرحله ای، عملیات ها مربوط به انجام فرآیند طراحی شده را انجام می دهند.به این پروسه سه مرحله ای،سیکل اسکن CPU می گویند.در شکل زیر سه مرحله مربوط به انجام سیکل اسکن نمایش داده شده است.

این سه مرحله را می توان به صورت زیر معرفی کرد:

• مرحله اول : تعیین وضعیت تجهیزات ورودی
• مرحله دوم : خواندن برنامه نوشته شده(به عنوان مثال به زبان)
• مرحله سوم : آپدیت کردن خروجی های فیزیکی.در واقع در این مرحله خروجی های قیزیکی دستگاه روشن و خاموش می شوند.

شکل زیر این سه مرحله را به صورت کامل نمایش می دهد.