انواع PLC و ساختار آن

در ابتدا پیش از آن که به بررسی انواع PLC بپردازیم تعریف مختصری از آن ارائه می دهیم.

PLC چیست؟

PLC مخفف عبارت “Programmable Logic Controller” است. PLC رایانه ای است که به گونه ای طراحی شده است که در محیط های سخت صنعتی – مانند درجه حرارت شدید، شرایط مرطوب، خشک و/یا گرد و خاک کار می کند. PLC ها برای خودکارسازی فرایندهای صنعتی مانند خط مونتاژ کارخانه تولیدی، کارخانه فرآوری سنگ معدن یا تصفیه خانه فاضلاب استفاده می شوند.

PLC ها بسیاری از ویژگی های رایانه شخصی را که در خانه دارید به اشتراک می گذارند. هر دوی آن ها دارای منبع تغذیه، CPU (واحد پردازش مرکزی)، ورودی و خروجی (I/O)، حافظه و نرم افزار عامل هستند (اگرچه این یک نرم افزار عملیاتی متفاوت است).

بزرگ ترین تفاوت ها در این است که PLC می تواند عملکردهای مجزا و پیوسته ای را انجام دهد که کامپیوتر نمی تواند انجام دهد، و PLC بسیار مناسب محیط های صنعتی ناهموار است. یک PLC را می توان یک رایانه دیجیتالی “مقاوم” دانست که فرایندهای الکترومکانیکی یک محیط صنعتی را مدیریت می کند.

PLC ها با استفاده از بخشی از یک سیستم بزرگ تر SCADA نقش مهمی در زمینه اتوماسیون بازی می کنند. PLC را می توان با توجه به نیاز عملیاتی فرایند برنامه ریزی کرد. در صنعت تولید، به دلیل تغییر ماهیت تولید، نیاز به برنامه ریزی مجدد وجود خواهد داشت. برای غلبه بر این مشکل، سیستم های کنترل مبتنی بر PLC معرفی شدند. ما ابتدا اصول اولیه PLC را قبل از بررسی کاربردهای مختلف PLC ها مورد بحث قرار می دهیم.

اگر می خواهید نحوه برنامه ریزی PLC ها را بیاموزید، باید برخی از دوره های مختلف آموزش آنلاین PLC را بررسی کنید. این دوره ها می توانند به شروع مجدد حرفه شما در مهندسی کنترل کمک کنند.

اصول PLC

PLC ها توسط دیک مورلی در سال 1964 اختراع شد. از آن زمان PLC انقلابی در بخش های صنعتی و تولیدی ایجاد کرد. طیف وسیعی از توابع PLC مانند زمان بندی، شمارش، محاسبه، مقایسه و پردازش سیگنال های آنالوگ مختلف وجود دارد.

مزیت اصلی PLC نسبت به سیستم کنترل “سیمی سخت” است که می توانید پس از برنامه ریزی PLC، به عقب برگردید و PLC را با هزینه اندک (فقط هزینه زمان برنامه نویس) تغییر دهید. در یک سیستم کنترل با سیم سخت، شما اساساً باید سیم ها را پاره کرده و از ابتدا شروع کنید (که گران تر است و بیش تر طول می کشد). بیایید یک مثال را برای درک بهتر این مزیت بررسی کنیم.

تصور کنید چراغی به سوئیچ متصل شده است. به طور کلی، چراغ تحت دو حالت روشن و خاموش کار می کند. اکنون وظیفه ای به شما داده می شود که وقتی کلید را روشن می کنید، چراغ فقط بعد از 30 ثانیه باید روشن شود. با این راه اندازی سیم سخت -ما گیر کرده ایم. تنها راه دستیابی به این امر این است که مدار خود را مجدداً وصل کنیم تا رله زمان بندی اضافه شود. این مشکل زیادی برای یک تغییر جزئی است.

این جاست که یک کنترلر منطقی قابل برنامه ریزی وارد تصویر می شود، که برای اطمینان از تغییر به سیم کشی و سخت افزار اضافی نیاز ندارد. بلکه به یک تغییر ساده در کد نیاز دارد، برنامه ریزی PLC فقط 30 ثانیه پس از روشن شدن کلید، چراغ را روشن می کند. بنابراین، با استفاده از PLC، به راحتی می توان چندین ورودی و خروجی را ترکیب کرد.

این فقط یک مثال ساده است – PLC توانایی کنترل فرایندهای بسیار بزرگ تر و پیچیده را دارد. یک PLC بسته به کاربرد و نیازهای کاربر می تواند سفارشی شود.

PLC چگونه کار می کند؟

عملکرد یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی یا PLC را می توان به راحتی به عنوان یک روش اسکن چرخه ای که به عنوان چرخه اسکن معروف است، درک کرد.

یک فرآیند اسکن PLC شامل مراحل زیر است:

• سیستم عامل شروع به چرخه زنی و نظارت بر زمان می کند.
• CPU شروع به خواندن داده ها از ماژول ورودی می کند و وضعیت همه ورودی ها را بررسی می کند.
• CPU شروع به اجرای برنامه کاربر یا برنامه کاربردی می کند که با منطق نردبان رله یا هر زبان برنامه نویسی PLC دیگر نوشته شده است.
• در مرحله بعد، CPU تمام وظایف تشخیص داخلی و ارتباطات را انجام می دهد.
• با توجه به نتایج برنامه، داده ها را در ماژول خروجی می نویسد تا همه خروجی ها به روز شوند.
• این روند تا زمانی که PLC در حالت اجرا باشد ادامه می یابد.

ساختار فیزیکی PLC

ساختار PLC تقریباً شبیه معماری رایانه است.

کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی به طور مداوم مقادیر ورودی دستگاه های مختلف سنجش ورودی (مانند شتاب سنج، مقیاس وزن، سیگنال های سیم دار و غیره) را کنترل کرده و بسته به ماهیت تولید و صنعت، خروجی مربوطه را تولید می کند. یک بلوک دیاگرام معمولی PLC شامل پنج قسمت است:

• قفسه یا شاسی
• ماژول منبع تغذیه
• واحد پردازش مرکزی (CPU)
• ماژول ورودی و خروجی
• ماژول رابط ارتباطی

قفسه یا شاسی

در تمام سیستم های PLC، قفسه یا شاسی PLC مهم ترین ماژول را تشکیل می دهد و به عنوان ستون فقرات سیستم عمل می کند. PLC ها در اشکال و اندازه های مختلف موجود هستند. هنگامی که سیستم های کنترل پیچیده تری درگیر هستند، به قفسه های PLC بزرگ تر نیاز دارد.

PLC کوچک اندازه مجهز به پیکربندی پین ثابت ورودی/خروجی است. بنابراین، آن ها به دنبال قفسه PLC نوع مدولار هستند، که انواع مختلف ماژول های ورودی/خروجی را با کشویی و متناسب با مفهوم می پذیرد. همه ماژول های ورودی/خروجی داخل این قفسه/شاسی قرار خواهند گرفت.

ماژول منبع تغذیه

این ماژول برای تامین توان مورد نیاز کل سیستم PLC استفاده می شود. این منبع تغذیه AC موجود را به توان DC که توسط CPU و ماژول ورودی/خروجی مورد نیاز است تبدیل می کند. PLC به طور کلی بر روی منبع تغذیه DC 24V کار می کند. تعداد کمی از PLC از منبع تغذیه جداگانه استفاده می کنند.

ماژول CPU و حافظه

ماژول CPU دارای پردازنده مرکزی، حافظه ROM و  RAM است. حافظه ROM شامل یک سیستم عامل، درایورها و برنامه های کاربردی است. حافظه RAM برای ذخیره برنامه ها و داده ها استفاده می شود. CPU مغز PLC با ریزپردازنده هشت ضلعی یا شش ضلعی است.

یک CPU مبتنی بر ریزپردازنده، تایمرها، رله ها و شمارنده ها را جایگزین می کند. دو نوع پردازنده به عنوان تک بیت یا پردازش گر کلمه را می توان با PLC ترکیب کرد. پردازنده یک بیتی برای انجام توابع منطقی استفاده می شود. در حالی که از پردازنده های واژه برای پردازش متن، داده های عددی، کنترل و ضبط داده ها استفاده می شود.

CPU داده های ورودی سنسورها را می خواند، پردازش می کند و در نهایت فرمان را به دستگاه های کنترل کننده ارسال می کند. منبع تغذیه DC، به سیگنال های ولتاژ نیاز دارد. CPU هم چنین شامل قطعات الکتریکی دیگری برای اتصال کابل های مورد استفاده سایر دستگاه ها است.

ماژول ورودی و خروجی

آیا تا به حال به این فکر کرده اید که چگونه پارامترهای فیزیکی مانند دما، فشار، جریان و غیره را حس کنید؟ با استفاده از PLC؟ البته PLC دارای یک ماژول اختصاصی برای ارتباط ورودی و خروجی است که به آن ماژول ورودی و خروجی می گویند.

دستگاه های ورودی می توانند دکمه های شروع و توقف، سوئیچ ها و غیره باشند و دستگاه های خروجی می توانند بخاری برقی، سوپاپ ها، رله ها و غیره باشند. ماژول ورودی/خروجی به رابط دستگاه های ورودی و خروجی با ریزپردازنده کمک می کند.

ماژول ورودی PLC چهار عملکرد اصلی را انجام می دهد.

• رابط ماژول ورودی، سیگنال را از دستگاه های پردازشی در 220 ولت (AC) دریافت می کند.
• سیگنال ورودی را به 5 ولت DC تبدیل می کند که می تواند توسط PLC استفاده شود.
• بلوک ایزولاتور برای جداسازی/جلوگیری از نوسان PLC استفاده می شود.
• پس از آن سیگنال به انتهای خروجی یعنی PLC ارسال می شود.

دو بخش اصلی در ماژول ورودی وجود دارد که عبارتند از بخش قدرت و بخش منطقی. هر دو بخش از نظر الکتریکی از یکدیگر جدا شده اند.

از یکسو کننده پل (مانند یکسو کننده پل دیودی) برای تبدیل سیگنال AC به DC و از دیود زنر برای تامین ولتاژ پایین LED استفاده می شود. هنگامی که نور LED بر روی فوتوترانزیستور می افتد، در ناحیه رسانایی کار می کند. در نهایت، منبع تغذیه 5 ولت DC به پردازنده داده می شود.

ماژول خروجی PLC مشابه ماژول ورودی اما در فرایند معکوس کار می کند. رابط بار خروجی و پردازنده را دارد. بنابراین در این جا وقتی سیگنال منطقی برنامه از پردازنده تولید می شود، LED روشن می شود و اجازه می دهد که نور روی یک فوتوترانزیستور بیفتد. وقتی ترانزیستور به ناحیه رسانایی می رود، یک پالس به سمت دروازه Triac ایجاد می کند. بلوک ایزوله کننده برای جداسازی بخش منطقی و بخش کنترل استفاده می شود.

ماژول رابط ارتباطی

برای انتقال اطلاعات بین CPU و شبکه های ارتباطی، از ماژول های I/O هوشمند استفاده می شود. این ماژول های ارتباطی به ارتباط با دیگر PLC ها و رایانه هایی که در یک مکان دور افتاده قرار دارند کمک می کنند.

انواع PLC

انواع PLC بر اساس موارد زیر طبقه بندی می شوند:

• اندازه
• راه اندازی سخت افزار
• منبع تغذیه

انواع PLC بر اساس اندازه

PLC ها بیش تر بسته به تعداد ورودی ها و خروجی هایی که PLC می تواند کنترل کند، طبقه بندی می شوند.

PLC ها بر اساس اندازه به شرح زیر طبقه بندی می شوند:

• PLC نانو
• PLC میکرو
• متوسط
• بزرگ
• بسیار بزرگ

ظرفیت حافظه این PLC ها نیز بر اساس ظرفیت ورودی/خروجی آن ها متفاوت است.

انواع PLC بر اساس راه اندازی سخت افزار

PLC ها نیز بر اساس معماری PLC طبقه بندی می شوند.

PLC فشرده

پردازنده PLC و ماژول های ورودی/خروجی در یک ماژول ساده الکترونیکی یکپارچه شده یا PLC فشرده نیز نامیده می شود.

در PLC فشرده، ما می توانیم از ماژول های توسعه برای افزودن تعداد بیش تری ورودی و خروجی به PLC فشرده موجود استفاده کنیم زیرا این تعداد به طور پیش فرض دارای تعداد محدودی I/O هستند.

PLC ماژولار

در PLC ماژولار، هر جزء یا ماژول دارای کارت های مستقل است، این ها ممکن است کارت CPU، کارت ورودی آنالوگ، کارت خروجی دیجیتال، کارت ارتباطی و غیره باشند.

این کارت ها را می توان به راحتی در سیستم در حال اجرا وارد یا حذف کرد. این ها مانند ماژول های plug and play هستند. پس از قرار دادن کارت جدید طبق نیاز، باید یک نرم افزار بارگیری کنیم.

گاهی اوقات از کارت های اضافی برای CPU، ماژول های ورودی/خروجی، ماژول های ارتباطی و غیره استفاده می کنیم.

برخی از تولیدکنندگان PLC یک گزینه داخلی برای کپی خودکار نرم افزار از کارت اصلی به کارت های اضافی در صورت تعویض کارت های اضافی به دلیل خرابی دارند.

در PLC ماژولار، ما دو نوع نصب داریم.

• قفسه
• شاسی

انواع PLC بر اساس منبع تغذیه

PLC ها با یا بدون SMPS در دسترس هستند.

• PLC با SMPS (230 VAC)
• PLC بدون SMPS (24 VDC)

برخی از PLC ها را می توان مستقیماً به منبع تغذیه 230 VAC متصل کرد. این بدان معناست که آن ها دارای SMPS داخلی هستند که 230 VAC ارائه شده را به استاندارد 24 VDC تبدیل می کند.

برخی از PLC ها به 24 VAC نیاز دارند که SMPS داخلی ندارند. در این حالت، ما برای تبدیل 230 VAC به 24 VDC به منبع تغذیه سوئیچ خارجی (SMPS) نیاز داریم.

برخی از PLC ها را می توان مستقیماً به منبع تغذیه 230 VAC متصل کرد. این بدان معناست که آن ها دارای SMPS داخلی هستند که 230 VAC ارائه شده را به استاندارد 24 VDC تبدیل می کند.

برخی از PLC ها به DC 24 ولت نیاز دارند که SMPS داخلی ندارند. در این حالت، ما برای تبدیل 230 VAC به 24 VDC به منبع تغذیه سوئیچ خارجی (SMPS) نیاز داریم.

کاربردهای PLC

PLC ها کاربردهای مختلفی دارند، از جمله:

• کارخانه های اتوماسیون فرآیند (به عنوان مثال معدن، نفت و گاز)
• صنعت شیشه
• صنعت کاغذ
• سیمان سازی
• در دیگ های بخار- نیروگاه های حرارتی

ما را در اینستاگرام دنبال کنید.