کنترل کننده هاي منطقي برنامه پذير(PLC)

مقدمه
 

امروزه با پديدار شدن ريزپردازنده ها و پيشرفت فن آوري حالت جامد در عرصه علم و تکنولوژي-که بي شک آن را مي توان بزرگترين پديده در علوم الکترونيک دانست-چهره محيط هاي صنعتي به کلي دگرگون شده است.
اين مهم که به موازات تحول در عرصه کامپيوتر، پا به دنياي الکترونيک گذاشت؛ در نقش پلي بين اين دو علم، يعني الکترونيک و کامپيوتر قرار گرفت و براي اولين بار به راحتي امکان تلفيق سخت افزار توسط مهندسين هر دو فن را ممکن نمود.بدين ترتيب، در يک کاربرد خاص به جاي بکارگيري اجزايي متشکل از مدارهاي منطقي با سخت افزارهاي تقريباً ثابت و تلفيق آن با پديده مهم نرم افزار، امکان طراحي و ساخت هزاران پروژه کاربردي ممکن گرديد.
يکي از مهمترين خصوصيات اين مدارها در صورت لزوم، انجام تغيير و تصحيح در نرم افزار و برنامه کاربر مورد نظر است که کمتر لزوم تغييرمدارها و سخت افزار را در آن مي طلبد.اين خواص و سهولت دستيابي به ريزپردازنده ها و اجزاي جانبي مربوطه دربازارهاي جهاني، اين پديده را به عنوان اهرم بسيار مهمي جهت رشد و شکوفايي صنايع الکترونيک نمايان کرد؛ چرا که غير از ساخت اين نوع مدارهاي مجتمع که کماکان تکنولوژي پيشرفته اي را مي طلبد، قادر خواهيم بود ساير مراحل انجام يک پروژه کاربردي را خود به انجام برسانيم.

PLC
 

«PLC»نيز مولود پديده ظهور ريزپردازنده هاست و مخفف «Programmable logic controller»مي باشد.اين سيستم، وسيله اي است که متناسب با برنامه اي که دريافت مي کند، وظيفه اي را انجام مي دهد.به عبارت ديگر،«PLC»نوعي کامپيوتر است که برنامه اي خاص را اجرا مي کند.با ظهور«PLC»تجهيزات و قطعات استفاده شده در کنترل فرآيندهاي صنعتي وخطوط توليد تغيير کردند و مدارهاي رله کنتاکتوري و سخت افزاري حالت جامد کم کم جاي خود را به کنترل کننده هاي منطقي قابل برنامه ريزي، يعني «PLC»ها دادند.امروزه در طراحي مدارهاي کنترل کننده خطوط توليد و فرآيندهاي صنعتي، استفاده از مدارهاي رله کنتاکتوري منسوخ گرديده است و در اکثر کارخانه ها و مراکز صنعتي از سيستم هاي«PLC»استفاده مي شود.

ساختمان «PLC»و اجزاي تشکيل دهنده آن
 

ساختمان و علمکرد يک «PLC»بسيار شبيه به يک کامپيوتر مي باشد؛ لذا بر اين اساس يک «PLC»از هفت قسمت تشکيل شده است:
1-منبع تغذيه
2-حافظه
3-واحد پردازنده مرکزي(CPU)
4-ترمينال ورودي
5-ترمينال خروجي
6-مدول ارتباط پروسسوري(CP)
7-مدول رابط(IM)

منبع تغذيه
 

منبع تغذيه،ولتاژهاي موردنياز«PLC»را تأمين مي کند.اين ولتاژها معمولاً 5v+ و 12v+ و 12v-و 24v هستند.براي توليد ولتاژهاي ياد شده، منبع تغذيه از برق شهر، 220 ولت را دريافت کرده و پس از کاهش سطح آن به صورت ولتاژ DC توليد مي شود.ولتاژ 5+ولت براي تغذيه آي سي هاي TTL و ديگر قطعات الکترونيک، و ولتاژ 24 ولت DC در ترمينال هاي ورودي و خروجي مورد استفاده قرار مي گيرد.در شرايط خاص که برق شهر از مدار خارج شود، براي حفظ اطلاعات پروسه، از يک ولتاژ اضطراري به مقدار 2/8 تا 3/6 ولت استفاده مي کنند که اين ولتاژ توسط يک باتري به نام Backup تأمين و به طور خودکار توسط برق شهر شارژ مي شود.

حافظه
 

حافظه، يکي از بخش هاي مهم «PLC»است که برنامه هاي ثابت و قابل تغيير در آنجا ذخيره مي شود.دو سيستم «PLC»، دو نوع حافظه EPROM يا EEPROM و Ram مورد استفاده قرار مي گيرد، در اين حافظه ها، اطلاعات برنامه کنترل و برنامه سيستم عامل که کارش مديريت کل «PLC»است، ذخيره مي شود.در حافظه Ram، اطلاعات موقت همچون فلگ ها، تايمر و شمارنده ها ذخيره مي شود، در صورتي که در حافظه EPRom اطلاعات برنامه هاي کاربردي و سيستم عامل ذخيره مي شود.

واحد پردازنده مرکزي(CPU)
 

CPU، در حقيقت قلب «PLC»است.کار آن، دريافت اطلاعات از ورودي ها و پردازش اين اطلاعات، مطابق دستورات برنامه وصدور فرمان هايي به خروجي مي باشد.توان افزايش سرعت پردازش اطلاعات در يک «PLC»دقيقاً وابسته به CPU مورد استفاده در سيستم سخت افزاري است.

ترمينال ورودي
 

معمولاً به وسيله حسگرها، سيگنال هاي ورودي به ترمينال هاي موردنظر وصل مي شوند که اين سيگنال ها به صورت سيگنال 24 ولت است.براي ارسال سيگنال فوق به «PLC»بايد سطح ولتاژ را به 5 ولت رساند و سپس به ورودي «PLC»وصل کرد.سيگنال هاي ورودي به صورت آنالوگ بين 10v+-تا 0 و 4-20 maو 0-20 ma در پروسه ها وجود دارد.

ترمينال خروجي
 

از اين قسمت، فرمانهاي سيستم کنترل به اجرا کننده فرمان يعني محرکها ارسال مي شوند.
سيگنالهاي خروجي معمولاً 24 ولت و صفر مي باشد که در صورت مناسب نبودن براي تحريک محرک ها، به وسيله تقويت کننده ها تقويت مي شوند.شايان ذکر است که سطح ولتاژ خروجي در «PLC»، حداکثر 5 ولت است که بايستي به 24 ولت تبديل شود تا مناسب تحريک، رله ها و ...باشد.
از آنجايي که در ساختار داخلي CPU، ارتباط بين قسمت ها توسط باس انجام مي گيرد؛ لذا بر اين اساس اتصالات در «PLC»به شدت کاهش مي يابد.
مسيرهاي اتصالي در داخل CPU شامل قسمت هاي زير مي باشد:
1-مسير آدرس:هشت خط که به هشت بيت آدرس وصل مي شود و آدرس ورودي، خروجي و حافظه را انتقال مي دهد.
2-مسير داده:هشت خط است که اطلاعات را وارد سيستم کرده، يا اطلاعات پردازش شده را به خروجي انتقال مي دهد.
3-مسير کنترل:مسيري است که سيگنال هاي کنترل به قسمت هاي مختلف سخت افزاري «PLC»ارسال مي گردد.

مدول ارتباط پروسسوري(CP)
 

اين مدول، ارتباط بين CPU مرکزي را با CPUهاي جانبي برقرار مي سازد.

مدول رابط(IM)
 

در صورت نياز به اضافه کردن واحدهاي ديگر ورودي و خروجي به «PLC»يا براي اتصال پانل اپراتوري و پروگرامر به «PLC» از اين مدول ارتباطي استفاده مي شود.در صورتي که چندين «PLC»به صورت شبکه به يکديگر متصل شوند، از واحد IM جهت ارتباط آنها استفاده مي گردد.
تفاوت ها و مزاياي مهم «PLC»نسبت به مدارات فرمان رله اي
1-استفاده از«PLC»موجب کاهش حجم تابلوي فرمان مي شود.
2-استفاده از«PLC»مخصوصاً در فرآيندهاي عظيم موجب صرفه جويي قابل توجهي در هزينه لوازم و قطعات مي شود.
3-«PLC»ها، استهلاک مکانيکي ندارند؛ بنابراين، علاوه بر عمر بيشتر، نيازي به تعميرات و سرويس هاي دوره اي نخواهند داشت.
4-«PLC»ها، انرژي کمتري مصرف مي کنند.
5-«PLC»ها برخلاف مدارات رله کنتاکتوري، نويزهاي الکتريکي و صوتي ايجاد نمي کنند.
6-استفاده از يک «PLC»منحصر به پروسه و فرآيند خاص نيست و با تغيير برنامه مي توان به آساني، از آن براي کنترل پروسه هاي ديگر استفاده کرد.
7-طراحي و اجراي مدارهاي کنترل و فرمان با استفاده از «PLC»ها، بسيار سريع و آسان است.
8-براي عيب يابي مدارات فرمان الکترومکانيکي، الگوريتم و منطق خاصي را نمي توان پيشنهاد نمود.اين امر، بيشتر تجربي بوده و بستگي به سابقه آشنايي فرد تعميرکار با سيستم دارد.در صورتي که عيب يابي در مدارات فرمان کنترل شده توسط «PLC»به آساني و با سرعت بيشتري انجام مي شود.
9-«PLC»ها مي توانند با استفاده از برنامه هاي مخصوص، وجود نقص و اشکال در پروسه تحت کنترل را به سرعت تعيين و اعلام کنند.

انواع زبان هاي برنامه نويسي و امکانات نرم افزاري
 

امروزه، استانداردهاي خاص بين المللي مثل IEC1131 براي برنامه نويسي و کار با «PLC»ها وجود دارد که اغلب شرکت هاي سازنده و طراح «PLC»که معمولاً نرم افزارهاي مخصوص «PLC»هاي خودشان را نيز توليد مي کنند، از اين روشهاي استانداردشده پيروي مي کنند.
به طور کلي، مي توانيم زبان هاي برنامه نويسي را در«PLC»به پنج دسته تقسيم کنيم:
1-زبان SFC
2-زبان FBD
3-زبان LD
4-زبان ST
5-زبان IL
پنج زبان ياد شده، زبانهاي استاندارد و شناخته شده در «PLC»ها هستند و کمپاني هاي سازنده سخت افزار و نرم افزار «PLC»ها نيز با وجود اختلاف هاي جزئي که ممکن است در نام يا ظاهر نرم افزارهايشان با نمونه هاي اصلي باشد، همگي براساس همين روش هاي استاندارد شده حرکت مي کنند.
از شرکت هاي سازنده «PLC»به طور مثال مي توان به OMROM، ALLEN BRADLEY، AEG، SIEMENS و MITSUBISHI اشاره کرد.

کاربردهاي «PLC»
 

امروزه کاربرد«PLC»در صنايع و پروسه هاي مختلف صنعتي فراوان به چشم مي خورد.برخي از اين کاربردها عبارت است از:
1-صنايع اتومبيل سازي:شامل عمليات سوراخ کاري خودکار، اتصال قطعات سيستم رنگ پاش و شکل دادن بدنه به وسيله پرس هاي خودکار و...
2-صنايع پلاستيک سازي:شامل ذوب و قالبگيري و آناليز پلاستيک.
3-صنايع سنگين:کوره هاي صنعتي، سيستم هاي کنترل دماي خودکار
4-صنايع شيميايي:سيستم هاي مخلوط کننده و ترکيب کننده مواد.
5-صنايع غذايي:سيستم هاي سانتريفيوژ، سيستم هاي عصاره گيري و بسته بندي
6-صنايع ماشيني:بسته بندي، سوراخ کاري، اعلام خطر و جوش فلزات
7-صنايع تبديل انرژي:ايستگاه هاي توليد نيرو و کنترل پمپ هاي آب و تصفيه آب و هواي صنعتي
منابع:
1-مرجع کامل PLC، مهندس فربد قابوسي
2-کنترل صنعتي، مهندس سورنا مرآت
3-PLC مقدماتي، مهندس اسدالله کاظمي
4-اصول و اجزاء کنترل صنعتي، سيد حجت سبزپوشان
منبع:اطلاعات علمي، شماره 9.