PLC چیست و چه کاربردی دارد؟ مزایای PLC

یک کنترل کننده منطقی برنامه ریزی شده (PLC) یک سیستم کنترل کامپیوتری صنعتی است که به طور مداوم وضعیت دستگاه های ورودی را نظارت می کند و بر اساس یک برنامه سفارشی برای کنترل وضعیت دستگاه های خروجی تصمیم می گیرد. تقریباً هر خط تولید، عملکرد ماشین یا فرآیند را می توان با استفاده از این نوع سیستم کنترل تا حد زیادی بهبود بخشید. با این حال، بزرگترین مزیت در استفاده از PLC، توانایی تغییر و تکرار عملیات یا فرآیند در حین جمع آوری و انتقال اطلاعات حیاتی است.

PLC (کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی programmable logic controller) یک کامپیوتر دیجیتالی است که در اتوماسیون صنعتی برای خودکارسازی فرآیندهای مختلف الکترومکانیکی استفاده می شود. PLC برای حذف مسائلی مانند مصرف برق بالا که از استفاده از رله برای کنترل فرآیندهای تولید به وجود آورده بود، معرفی شد. یک PLC شامل ریزپردازنده برنامه ریزی شده است که برنامه آن بر روی کامپیوتر نوشته شده و بعداً از طریق یک کابل به PLC منتقل می شود. این برنامه در یک حافظه PLC غیر فرار ذخیره می شود.

PLC چگونه کار می کند؟

PLC اطلاعات را از دستگاه‌های ورودی و حسگرهای متصل دریافت می‌کند، داده‌های دریافتی را پردازش می‌کند و خروجی‌های مورد نیاز را طبق پارامترهای از پیش برنامه‌ریزی‌شده راه‌اندازی می‌کند. بر اساس ورودی ها و خروجی های خود، یک PLC می تواند به راحتی داده هایی مانند دمای کار، بهره وری دستگاه، تولید آلارم هنگام از کار افتادن دستگاه، فرآیندهای شروع و توقف خودکار و موارد دیگر را نظارت و ضبط کند. این بدان معنی است که PLC ها راه حلی برای کنترل فرآیند تولید هستند که با اکثر پروژه ها سازگار هستند.

واحد پردازش مرکزی CPU، حاوی یک برنامه داخلی است که به PLC می گوید چگونه عملکردهای زیر را انجام دهد:

• دستورالعمل های کنترل موجود در برنامه های کاربر را اجرا میکند. این برنامه در حافظه “non-volatile” ذخیره می شود، به این معنی که در صورت قطع برق، برنامه از بین نمی رود.
• با دستگاه های دیگر ارتباط برقرار میکند، که می تواند شامل دستگاه های ورودی/خروجی، دستگاه های برنامه نویسی، شبکه ها و حتی PLC های دیگر باشد.
• انجام فعالیت های نگهداری مانند ارتباطات، تشخیص داخلی و …

تاریخچه PLC

اولین plc توسط Modicon به عنوان جایگزین رله برای GM و Landis طراحی و توسعه داده شد.

• این کنترلرها نیاز به سیم کشی مجدد و افزودن سخت افزار اضافی برای هر پیکربندی جدید را از بین می بردند.
• سیستم جدید عملکرد کنترل ها را به شدت افزایش داد.
• باعث کاهش فضای مورد نیاز شد.
• اولین PLC مدل 084 توسط دیک مورلی در سال 1969 اختراع شد
• اولین PLC تجاری موفق مدل 184، در سال 1973 معرفی شد و توسط مایکل گرینبرگ طراحی شد.

قطعات سخت افزاری PLC عبارتند از:

• CPU: پردازنده PLC را به طور منظم برای جلوگیری از خطا بررسی می کند و عملکردهایی مانند عملیات حسابی و عملیات منطقی را انجام می دهد.
• حافظه: حافظه ROM سیستم به طور دائم داده های ثابت مورد استفاده توسط CPU را ذخیره می کند. RAM نیز اطلاعات دستگاه ورودی و خروجی، مقادیر تایمر، شمارنده ها و سایر دستگاه های داخلی را ذخیره می کند.
• بخش O/P: این بخش خروجی را بر روی دستگاه هایی مانند پمپ ها، شیر برقی ها، چراغ ها و موتورها کنترل میکند.
• بخش I/O: بخش ورودی که وضعیت دستگاه های میدانی مانند سوئیچ ها و حسگرها را بررسی می کند.
• منبع تغذیه: اگرچه اکثر PLC ها با ولتاژ 24 VDC یا 220VAC کار می کنند، برخی از آنها دارای منبع تغذیه ایزوله هستند.
• پروگرامر: برای تغذیه برنامه به حافظه پردازنده استفاده می شود.

مزایای PLC

مزیت مهم سیستم PLC ماژولار بودن آن است. یعنی می‌توانید انواع دستگاه‌های ورودی و خروجی را به بهترین نحو با برنامه‌تان ترکیب و مطابقت دهید.

مزایای کلیدی یک PLC عبارتند از:

• I/O: پردازنده CPU داده ها را حفظ و پردازش می کند و ماژول های ورودی و خروجی PLC را به ماشین آلات متصل می کنند. ماژول های ورودی/خروجی اطلاعاتی را در اختیار CPU قرار می دهند و نتایج مشخص شده را راه اندازی می کنند. ماژول های ورودی/خروجی می توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند. توجه داشته باشید که I/O را می توان برای دستیابی به پیکربندی مناسب برای یک برنامه ترکیب کرد.
• ارتباطات: به غیر از دستگاه های ورودی و خروجی، PLC ها باید به انواع سیستم های دیگر متصل شوند. برای مثال، یک کاربر ممکن است نیاز داشته باشد که داده های برنامه ضبط شده توسط PLC را به یک سیستم SCADA (کنترل نظارتی و جمع آوری داده) که برای نظارت بر چندین دستگاه متصل طراحی شده است صادر کند. یک PLC پروتکل ها و پورت های ارتباطی مختلفی را برای تسهیل ارتباط بین PLC و سایر سیستم ها فراهم می کند.
• HMI: کاربران برای تعامل با PLC به یک HMI (رابط ماشین انسانی) نیاز دارند. رابط‌های اپراتور می‌توانند پانل‌های لمسی بزرگ یا نمایشگرهای ساده باشند که به کاربران اجازه می‌دهند اطلاعات PLC را در هر زمان وارد و بررسی کنند.

بیشتر بخوانید: شغل های فنی پردرآمد با بازار کار همیشگی

PLC چگونه کار می کند؟

چهار مرحله اساسی در عملکرد همه PLC ها وجود دارد. اسکن ورودی، اسکن برنامه، اسکن خروجی، نگهداری. این مراحل به طور مداوم در یک حلقه تکراری انجام می شود.

چهار مرحله در عملیات PLC:

• اسکن ورودی: وضعیت تمام دستگاه های ورودی که به PLC متصل هستند را تشخیص می دهد.
• اسکن برنامه: منطق برنامه ایجاد شده توسط کاربر را اجرا می کند.
• اسکن خروجی: تمام دستگاه های خروجی که به PLC وصل شده اند را برق می دهد یا از حالت برق خارج می کند.
• نگهداری: این مرحله شامل ارتباط با پایانه های برنامه نویسی است، تشخیص داخلی و …

زبان برنامه نویسی PLC

در حالی که Ladder Logic متداول ترین زبان برنامه نویسی PLC است، اما تنها زبان برنامه نویسی PLC نیست. در زیر تعدادی از زبان هایی را که برای برنامه نویسی PLC استفاده می شوند معرفی شده اند.

نمودار نردبانی (LD) منطق نردبان سنتی زبان برنامه نویسی گرافیکی است. برنامه‌نویسی Ladder Logic در ابتدا با کنتاکت‌های ساده‌ای که باز و بسته شدن رله‌ها را شبیه‌سازی می‌کردند، برنامه‌ریزی شد و شامل توابعی مانند شمارنده‌ها، تایمرها، شیفت‌رجیسترها و عملیات ریاضی شد.

نمودار بلوک تابع (FBD) یک زبان گرافیکی برای به تصویر کشیدن سیگنال و جریان داده از طریق بلوک های عملکرد قابل استفاده مجدد است. FBD برای بیان ارتباط متقابل الگوریتم های سیستم کنترل و منطق بسیار مفید است.

متن ساختاریافته (ST) یک زبان متنی سطح بالا که برنامه نویسی ساخت یافته را استفاده می کند. دارای ساختار زبانی (سینتکس) است که به شدت شبیه PASCAL است و طیف وسیعی از توابع و عملگرهای استاندارد را پشتیبانی می کند. مثلا؛

If Speed1 > 100.0 then
    Flow_Rate: = 50.0 + Offset_A1;
Else
    Flow_Rate: = 100.0; Steam: = ON
End_If;

زبان دستور العمل (IL): یک زبان سطح پایین مانند اسمبلی است.

LD MPC LD ST RESET: ST

R1 RESET PRESS_1 MAX_PRESS LD    0 A_X43

نمودار توابع متوالی (SFC): روشی برای برنامه‌ریزی سیستم‌های کنترل پیچیده در سطح ساختارمندتر. یک برنامه SFC یک نمای کلی از سیستم کنترل است که در آن بلوک های ساختمان اصلی فایل های کامل برنامه هستند. هر فایل برنامه با استفاده از یکی از انواع دیگر زبان های برنامه نویسی ایجاد می شود. رویکرد SFC وظایف برنامه نویسی بزرگ و پیچیده را به وظایف کوچکتر و قابل مدیریت تر هماهنگ می کند.

بیشتر بخوانید: آموزش صفر تا صد plc در آموزشگاه پایتخت فناوری

هنگام انتخاب PLC باید به چه نکاتی توجه کنم؟

امروزه سیستم های PLC زیادی در بازار وجود دارد. به غیر از هزینه، هنگام تصمیم گیری اینکه کدام یک به بهترین وجه با نیازهای برنامه شما مطابقت دارد، باید موارد زیر را در نظر بگیرید.

• سیستم با ولتاژ AC یا DC تغذیه می شود؟
• آیا PLC حافظه کافی برای اجرای برنامه کاربری من دارد؟
• آیا سیستم به اندازه کافی سریع اجرا می شود تا نیازهای برنامه من را برآورده کند؟
• برای برنامه نویسی PLC از چه نوع نرم افزاری استفاده می شود؟
• آیا PLC قادر خواهد بود تعداد ورودی ها و خروجی های مورد نیاز برنامه من را مدیریت کند؟
• در صورت نیاز برنامه شما، آیا PLC می تواند ورودی ها و خروجی های آنالوگ یا شاید ترکیبی از ورودی ها و خروجی های آنالوگ و گسسته را مدیریت کند؟
• چگونه با PLC خود ارتباط برقرار کنم؟
• آیا به اتصال شبکه نیاز دارم و آیا می توان آن را به PLC من اضافه کرد؟
• آیا سیستم در یک مکان قرار می گیرد یا در یک منطقه بزرگ پخش می شود؟

منبع: 

https://irenx.ir/industrial/what-is-plc/