معرفی کامل اجزای plc در قالب یک سیستم هدفمند

در این مقاله قصد داریم معرفی کامل اجزای plc را در قالب یک سیستم مورد بررسی قرار دهیم. یک سیستم مجموعه ای از عناصر به هم پیوسته می باشد که یک هدف مشخص را دنبال می کنند. یک سیستم اتوماسیون برای رسیدن به اهداف خاص خود از plc استفاده می کند. اهدافی که مد نظر یک اتوماسیون صنعتی است می تواند شامل افزایش تولید، کیفیت یا ایمنی باشد . در هر حال همین مفهوم در هم تنیدگی عناصر و وجود هدف مشترک باعث شده از plc به عنوان یک سیستم یاد شود.

کنترل کننده قابل برنامه ریزی یا plc در اتوماسیون صنعتی جایگزین مدارات فرمان رله ای شده است. در واقع plc جای انسان را در کنترل کردن دستگاه های مختلف در صنایع گرفته است. یک plc اطلاعات را از ورودی دریافت کرده سپس با توجه به مقادیر ورودی و برنامه ای که به آن داده شده است تصمیم گیری می کند. در نهایت خروجی ها را در راستای هدایت ماشین ها و سیستم های تحت کنترل خود ارسال می کند.

نحوه کارکرد plc

plc به عنوان یک کنترل کننده در اتوماسیون صنعتی، اتوماسیون خانه، کارخانه، کارگاه ساده، دستگاه اندازه گیری ساده و غیره  به کار گرفته می شود. به زبان ساده plc برای کنترل یک پروسه که توسط خود ما طراحی شده است به کار می رود. هر پروسه صنعتی که نیاز دارد توسط یک مغز یا کامپیوتر کنترل شود بایستی از plc استفاده نماید؛ plc در حقیقت همان کامپیوتر در قالب صنعتی می باشد.
برای توضیح نحوه کارکرد plc به صورت ساده می توان یک پوش باتن را به عنوان ورودی به یک plc کامپکت متصل نمود. سپس از طریق ترمینال های خروجی plc را به یک موتور ساده اتصال داد. حال اتصالات به صورت کامل انجام شده و بایستی یک عملیات برنامه ریزی شود. مبنای عملکرد و منطق plc بر اساس برنامه ای می باشد که از طریق کامپیوتر برنامه نویسی شده است. برنامه نویس بنا به نیازی که دارد قادر خواهد بود هر برنامه ای برای سیستم طراحی نماید.

برنامه نویسی در plc

برنامه نویس می تواند تعیین کند مثلا اگر شاسی فشرده شد موتور 10 ثانیه بچرخد یا فرضا پس از 5 بار فشردن شاسی، موتور شروع به چرخش کند. یعنی با همین شاسی و موتور ساده میتوان عملکردهای متفاوتی را برنامه ریزی و اجرا کرد. پس از نوشته شدن برنامه، کامپیوتر از طریق یک کابل استاندارد usb به plc متصل می شود. پس از برقراری ارتباط برنامه از کامپیوتر به plc انتقال داده می شود. حال با فشردن شاسی می توان طبق برنامه نوشته شده شاهد چرخش در موتور باشیم.

این یک برنامه بسیار ساده جهت درک بهتر عملکرد plc می باشد. لازم به ذکر است که می توان پیچیده ترین پروسه های کنترلی را از طریق plc به عنوان مغز یک سیستم کنترلی پیاده سازی نمود. plc در کنترل ادوات پیشرفته ای همچون بویینگ 747 نیز نقش کلیدی دارد. زبان برنامه نویسی ladder مهمترین و متداولترین زبان برنامه نویسی plc می باشد.

جایگاه سیستم اجزای plc درون یک سیستم اتوماسیون

کل سیستم plc می تواند به عنوان بخش پردازش در یک سیستم اتوماسیون تلقی گردد. در این صورت کامپیوتر برنامه ریزی، به عنوان ورودی سیستم در نظر گرفته می شود. این کامپیوتر عملیات یا همان برنامه مورد نظر کاربر را به عنوان ورودی به بخش پردازش که همان plc می باشد، منتقل می نماید. از سوی دیگر دستگاه تولیدی مورد نظر ما با تمامی اجزای سخت افزاری و عملگرهای خود، به عنوان خروجی سیستم به شمار می رود. زیرا نتایج پردازش انجام شده در بخش plc به صورت عملیات اجرایی به دستگاه منتقل می گردد. دقت نمایید که اگر از این دیدگاه به سیستم اتوماسیون بنگریم؛ پنل های کاربری یا HMI و سایر بخش های پشتیبانی به عنوان زیر سیستم های بخش پردازش محسوب میشوند.

پیشنهاد ویژه: اگر که به حوزه برق صنعتی و plc علاقه داید میتوانید در دوره تخصصی آموزش plc کافه آموزشگاه شرکت کنید. و درمورد بازار کار برق صنعتی بخوانبد.

در هر صورت سخت افزار plc به عنوان قلب سیستم شناخته می شود و سیستم plc مانند هر سیستم سخت افزاری دیگر بدون نرم افزار مناسب فاقد عملکرد مطلوب خواهد بود. لذا می توان نتیجه گرفت که در اصل قلب تمامی سیستم های اتوماسیون نرم افزارهایی هستند که توسط مهندسان و برنامه نویسان تحلیل و برنامه نویسی شده و در حافظه اصلی سیستم plc بارگذاری می شود.

جایگاه سیستم plc درون یک سیستم توزیع شده

یک سیستم plc که به صورت شبکه ای جهت پردازش توزیع شده، پیکربندی شده است به نوبه خود می تواند به عنوان یک سیستم دیده شود. سیستم dcs یا سیستم کنترل توزیع شده شامل چندین plc می باشد که علاوه بر اینکه وظایف محلی خود را انجام می دهند و هر کدام به عنوان زیر سیستم مستقلی به شمار می روند؛ با استفاده از تکنیک های شبکه ای با همدیگر و با plc مرکزی ارتباط برقرار کرده و تشکیل یک سیستم یکپارچه جامع و بزرگتری را می دهند. از این روش برای کنترل کارخانجات و پلنت های بزرگ مانند پالایشگاه ها استفاده می شود.

پردازنده در اجزای plc

مهمترین بخش در معرفی کامل اجزای plc ، پردازنده (cpu) می باشد. cpu قسمت اصلی یک plc است، که مخفف central processing unit به مفهوم واحد پردازشگر مرکزی می باشد. cpu در بحث اتوماسیون فراتر از آن مفهومی است که در دوره های کامپیوتر تدریس می شود. در دوره های کامپیوتر cpu به ic پردازشگری گفته میشود که عملیات ریاضی و منطقی را انجام داده و سرویسهای سیستم عامل را انجام میدهد. همچنین در کامپیوترهای شخصی حافظه ها و سایر ادوات پشتیبانی به صورت مجزا بحث می شود. اما در اتوماسیون به واحدی cpu می گوییم که دارای هسته پردازشگر، برد مادر، ادوات ارتباطی و bus، حافظه ها و سایر ادوات پشتیبانی می باشد. در واقع cpu در واحد اتوماسیون به تنهایی یک سیستم کامپیوتری کامل محسوب می شود.

روش زیمنس برای نامگذاری پردازنده ها

زیمنس از یک روش برای نامگذاری پردازنده های خود استفاده می کند. اولین حرف در این روش نشان دهنده سری پردازنده ها می باشد، مثلا عدد  3 به سری  300 و عدد 4 به سری 400 ss7 اشاره دارد. دو حرف بعد از آن نشان دهنده مدل پردازنده می باشد. به عنوان مثال پردازنده 314  به مفهوم پردازنده سری 3 مدل 14 است. سه حرف بعدی به امکانات cpu اشاره می کند که متنوع بوده و معروفترین آن حروف dp می باشد، که نشان دهنده پشتیبانی از شبکه profibus است. حروف 2dp نیز به معنای وجود دو پورت ارتباطی بر روی cpu می باشد.

آخرین حرف در این روش نامگذاری رده ایمنی plc را مشخص می سازد. حرف f به مفهوم پردازنده هایی می باشد که از خطا مصون می باشند. این پردازنده ها مناسب عملیات حساسی می باشند که نباید cpu بر اثر خطای برنامه نویسی یا ورودی و خروجی متوقف شوند، بلکه بایستی خطاها را مدیریت کنند. حرف h به پردازنده های با قابلیت های بالا دلالت دارد و معمولا به صورت دوگانه به همراه پردازنده های f فعالیت می کنند و پس از توقف یکی بلافاصله دیگری کنترل عملیات را در دست می گیرد.

ماژول های ورودی و خروجی در plc

در ادامه معرفی کامل اجزای plc به بررسی ماژول های ورودی می پردازیم. به طور کلی ماژول های ورودی و خروجی ابزاری هستند که به عنوان واسطه بین محیط پیرامونی با cpu به کار می روند. ماژول های ورودی با دریافت سیگنال های دیجیتال یک بیت از حافظه را تغییر وضعیت داده و cpu می تواند در ابتدای سیکل کاری خود وضعیت این بیت را چک می نماید تا از وضعیت سیگنال دیجیتال ورودی اطلاع پیدا کند. دریافت سیگنال های آنالوگ پیچیدگی بیشتری دارند.

ماژول های ورودی آنالوگ در حقیقت یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (adc) است. این ماژول ها با دریافت یک سیگنال آنالوگ مقدار آن را به صورت دیجیتالی محاسبه نموده و در خانه ای از cpu قرار می دهند. پردازنده با خواندن این مقدار میتواند مقدار واقعی سیگنال آنالوگ یا در حقیقت پارامتر اندازه گیری شده مانند دما و فشار آن را محاسبه و در برنامه استفاده نماید.

در آخرین بخش از معرفی کامل اجزای plc ، ماژول های خروجی را مورد بررسی قرار می دهیم. ماژول های خروجی نیز به دو دسته آنالوگ و دیجیتال تقسیم می شوند. ماژول های خروجی دیجیتال بر مبنای وضعیت یک بیت در حافظه ولتاژ را در خروجی قطع یا وصل می کند. یعنی در صورت یک بودن بیت مربوط به یک خروجی در حافظه، ماژول خروجی ولتاژ را در پین متناظر با آن بیت برقرار کرده و در غیر این صورت ولتاژ را قطع می کند. ماژول های خروجی آنالوگ نیز به همین صورت عمل می کنند. مقدار ولتاژ یا جریانی که باید در خرجی آنالوگ ظاهر شود ابتدا توسط برنامه یک عدد در خانه خاصی از حافظه قرار می گیرد. ماژول خروجی آنالوگ مقدار واقعی ولتاژ یا جریان را محاسبه و در خروجی برقرار می سازد.