PLC چیست؟ و چرا اینقدر مهم است؟

Programmable Logic Controller مخفف PLC است. پی ال سی در اصل به عنوان کنترل کننده قابل برنامه ریزی شناخته می شود. با توجه به رشد و توسعه فناوری های جدید، گرایش به پی ال سی در حال افزایش است، بطوریکه استفاده از PLC در محیط های صنعتی به بخش جدایی ناپذیر از سیستم های کنترلی تبدیل شده است.

تعریف ساده خودم از PLC

پی ال سی یک رایانه صنعتی است. پی ال سی ترکیبی از نرم افزار و سخت افزار است که به عنوان مغز ماشین برای سیستم های اتوماسیون صنعتی عمل می کند. PLCها آمده اند تا کار کنترل و مانیتورینگ پروژه ها را با قابلیت اطمینان بالا و بدون دشواری های طراحی برد، برای ما انجام دهند.

تعریف فنی PLC

پی ال سی توسط “NEMA” ( انجمن ملی تولیدکنندگان برقی به سال تاسیس ۱۹۲۶، یک سازمان آمریکایی است که در زمینه استانداردهای مورد استفاده در صنایع، مهندسی و پزشکی فعالیت دارد) به این صورت تعریف می شود :

PLC یک دستگاه الکترونیکی دیجیتال است، که از حافظه قابل برنامه ریزی برای ذخیره دستورالعمل ها و اجرای عملکردهای خاص مانند منطق برنامه نویسی، توالی، زمان بندی، شمارش و عملیات محاسباتی، برای کنترل ماشین های الکترونیکی و فرآیندهای فنی استفاده می کند.

بهترین مزیت PLC

PLC عملیاتی دقیق، در مدت زمان بسیار کمی انجام می دهد و از اجزای بسیاری برای کنترل دستگاه ها تشکیل شده است. برای درک عملکردهای مختلف آن، هر یک از اجزای  آن با کمک بلوک دیاگرام توضیح داده شده است.

بلوک دیاگرام  PLC

PLCها از اجزای مختلفی تشکیل شده اند، که هر قسمت توابع و عملکردهای خاصی دارد. اجزای اساسی تشکیل دهنده پی ال سی در زیر لیست شده است:

• ماژول های ورودی و خروجی (Input / Output)
• منبع تغذیه (Power Supply)
• واحد پردازش مرکزی (CPU)
• سیستم حافظه (Memory)
• پروتکل های ارتباطی (Communications)
• برنامه نويسي

اجزای تشکیل دهنده پی ال سی در شکل زیر قابل رویت است.

ماژول های ورودی و خروجی plc 

ماژول های ورودی/خروجی در PLC دو نوع هستند،که می توانند آنالوگ و یا دیجیتال باشند. دقیقاً مانند هر دستگاه یا ماشین دیگری، باید ورودی به پی ال سی اعمال شود، تا خروجی برمبنای ورودی فعال گردد. به عنوان مثال، وقتی کاربر کلیدی را فشار می دهد، موتور روشن می شود. در اینجا، کلید ورودی و موتور خروجی است. در PLC، برای دریافت ورودی و اعمال خروجی، ماژول های ورودی/خروجی وجود دارد.

ماژول های ورودی، یک رابط برای دستگاه های ورودی مانند انواع مختلف سوئیچ ها (push button selector switch, limited switch) ، سنسورها و غیره هستند. در مقابل ماژول های خروجی، یک رابط برای دستگاه های خروجی مانند موتور، فن، رله، لامپ، بخاری برقی، شیر برقی، زنگ اخبار و غیره هستند. برای مطالعه بیشتر، ماژول های ورودی و خروجی PLC را بررسی کنید.

ماژول های ورودی، یک رابط برای دستگاه های ورودی مانند انواع مختلف سوئیچ ها (push button selector switch, limited switch) ، سنسورها و غیره هستند. در مقابل ماژول های خروجی، یک رابط برای دستگاه های خروجی مانند موتور، فن، رله، لامپ، بخاری برقی، شیر برقی، زنگ اخبار و غیره هستند. برای مطالعه بیشتر، ماژول های ورودی و خروجی PLC را بررسی کنید.

منبع تغذیه

هیچ علمی وجود ندارد که با استفاده از آن یک دستگاه الکتریکی بدون منبع تغذیه کار کند. هر دستگاهی که اطرافتان کار می کند برای کارکردش به منبع تغذیه نیاز دارد، که می تواند الکتریکی، مکانیکی یا هر منبع تغذیه دیگری باشد. ازین رو پی ال سی، به منبع تغذیه الکتریکی نیاز دارد.

منبع تغذیه برق تمام اجزای دیگر، شامل ماژول های ورودی/خروجی، سیستم حافظه و پردازنده را تأمین می کند. هدف منبع تغذیه، تأمین برق DC یا AC برای کارکرد درست دستگاه است. بیشتر PLC ها با برق 220VAC یا 24VDC کار می کنند.

واحد پردازش مرکزی (CPU)

واحد پردازش مرکزی، قلب سیستم است. وظیفه CPU، ذخیره و اجرای برنامه های نرم افزاری PLC است. CPU از سه زیربخش حافظه، پردازنده و منبع تغذیه تشکیل شده است.

سیستم حافظه

سیستم حافظه وظیفه ذخیره و بازیابی اطلاعات را بر عهده دارد. حافظه از انواع مختلف مانند RAM، ROM ، EEPROM و حافظه Flash تشکیل شده است. حافظه بر اساس نوع داده های ذخیره شده در چهار بخش طبقه بندی می شود.

• حافظه ورودی/خروجی
• حافظه داده
• حافظه کاربر
• حافظه اجرایی

پروتکل های ارتباطی

عملکرد پروتکل های ارتباطی، تبادل اطلاعات یا داده ها بین دستگاه های متصل از طریق شبکه است. برای جزئیات بیشتر، 10 پروتکل ارتباطی مورد استفاده در PLC را بررسی کنید.

برنامه نویسی PLC

برای برقراری ارتباط بین قسمت های مختلف PLC، به دستورالعمل ها و برنامه نویسی آن نیاز دارید. مطالعه مقاله “برنامه نویسی پی ال سی را از کجا شروع کنم؟” به خواننده پیشنهاد می شود.

PLC چگونه کار می کند؟

برنامه های اسکن در هر سیکل، کارکرد دستگاه را کنترل می کنند. زمان اسکن بسته به نوع PLC متفاوت است.

سیکل اسکن PLC چیست؟

سیکل اسکن شامل سه مرحله اصلی زیر است:

• ورودی ها را بخواند.
• برنامه را توسط CPU اجرا کند.
• خروجی را آپدیت کند.

مرحله 1: ورودی را بخواند/ سنس کند

در مرحله اول، پی ال سی وضعیت روشن/خاموش بودن سیگنال های ورودی را می خواند. پس از اسکن ورودی، وضعیت در حافظه ورودی ذخیره می شود. این ورودی ها شامل  Push Buttons, Proximity Sensors, Limit witches ،Pressure Switches و غیره می باشند.

مرحله 2: منطق را توسط پردازنده اجرا کند

ورودی اسکن شده برای پردازش از حافظه ورودی به CPU منتقل می شود. پردازنده دستورالعمل های برنامه نویسی را بر اساس ورودی اجرا می کند. پس از اجرا، نتیجه در حافظه دستگاه ذخیره می شود.

مرحله 3: خروجی را آپدیت کند

هنگامی که برنامه آخرین دستورالعمل را اجرا می کند، وضعیت روشن/خاموش بودن را به حافظه خروجی دستگاه ارسال می کند. خروجی ها شامل شیر برقی، شیرآلات، موتورها، محرک ها و پمپ ها هستند.

هر سه مرحله فوق در زمان اسکن تکمیل می شوند.

زمان اسکن چیست؟

مدت زمانی که پردازنده برای خواندن/ سنس کردن اولین ورودی و اجرای آخرین خروجی صرف می کند، زمان اسکن نامیده می شود.

زمان اسکن در پی ال سی بسیار سریع است به طوری که می تواند به راحتی برنامه را در چند میلی ثانیه اسکن و اجرا کند.

انواع PLC کدامند؟

دو نوع PLC برای اهداف تجاری یا صنعتی استفاده می شود.

• PLC کامپکت
• PLC ماژولار

PLC کامپکت چیست؟

این دستگاه دارای تعداد ثابت ماژول های ورودی/ خروجی به همراه منبع تغذیه و CPU است.

PLC ماژولار چیست؟

این نوع پی ال سی از تعداد متغیر ورودی و خروجی تشکیل شده است. ورودی ها و خروجی ها توسط کاربر می توانند به PLCهای ماژولار اضافه شوند. اگر به ساختار طراحی پی ال سی زیر نگاه کنید، بیشتر شبیه رک است. ازین رو، آن را Rack-Mounted PLC نیز می نامند.

برای مطالعه بیشتر مقاله “تفاوت بین PLC کامپکت و ماژولار” را بررسی کنید.

محبوب ترین زبان های برنامه نویسی PLC کدامند؟

بر اساس استاندارد IEC ، زبانهای برنامه نویسی پی ال سی در پنج استاندارد اصلی طبقه بندی می شوند.

• Ladder diagram (LD)
• Instruction List (IL)
• Structured Text (ST)
• Function Block Diagram (FBD)
• Sequential Function Charts (SFC)

 

که 5 نوع برتر از انواع مختلف زبان های برنامه نویسی هستند. برای آشنایی بیشتر مقاله ” 5 زبان رایج برنامه نویسی پی ال سی در صنعت ” را مطالعه کنید.

محبوب ترین برند PLC چیست؟

امروزه برند های مختلفی از PLC در بازار موجود است. Asea Brown Boveri (ABB)، آلن بردلی (AB) ، جنرال الکتریک (GE)، زیمنس، دلتا، میتسوبیشی، امرن و اشنایدر از برند های محبوب PLC هستند. براساس استفاده، PLC زیمنس در رده اول و PLC آلن بردلی در جایگاه دوم اتوماسیون قرار دارند. در حوزه برندهای ایرانی، پی ال سی و اچ ام ای های برند فراروپایا جز محبوب ترین های ایرانی به شمار می آیند.

کاربردهای پی ال سی چیست؟

PLC ها در صنایع مختلف مانند صنایع فولاد، شیشه سازی، سیمان، کاغذ، معدن ذغال سنگ، صنعت اتومبیل، صنایع شیمیایی، صنایع نساجی، سیستم رباتیک و صنایع مواد غذایی، پخت نان، صنعت بسته بندی و سیستم های پرکن و توزین استفاده می شوند. در این قسمت کاربردهای PLC به صورت مختصر مورد بررسی قرار گرفته است.

مزایا و معایب PLC چیست؟

در مقالات پیش رو، 25 تا از مهمترین مزایا و معایب سیستم های مبتنی بر پی ال سی نسبت به رله آورده شده است.