مقاله کامل plc

ساختار PLC
1-1- PLC
PLC از عبارتProgrammable Logic Controller به معناي كنترل كنندة منطقي قابل برنامه ريزي گرفته شده است. PLC كنترل كننده اي نرم افزاري است كه در قسمت ورودي اطلاعاتي را به صورت باينري دريافت، و آنها را طبق برنامه اي كه در حافظه اش ذخيره شده پردازش مي نمايد و نتيجة عمليات را نيز از قسمت خروجي به صورت فرمانهايي به گيرنده ها و اجرا كننده هاي فرمان (Actuator) ارسال مي كند.
به عبارت ديگر PLC عبارت از يك كنترل كنندة منطقي است كه مي توان منطق كنترل را توسط برنامه براي آن تعريف نمود و در صورت نياز، به راحتي آن را تغيير داد.
وظيفة PLC قبلاً بر عهدة مدارهاي فرمان رله اي بود كه استفاده از آنها در محيط هاي صنعتي جديد منسوخ گرديده است. اولين اشكالي كه در اين مدارها ظاهر مي شود آن است كه با افزايش تعداد رله ها حجم و وزن مدار فرمان، بسيار بزرگ شده، همچنين موجب افزايش قيمت آن مي گردد. براي رفع اين اشكال، مدارهاي فرمان الكترونيكي ساخته شدند ولي با وجود اين، هنگامي كه تغييري بر روند يا عملكرد ماشين صورت مي گيرد مثلاً در يك دستگاه پرس، ابعاد، وزن، سختي و زمان قرار گرفتن قطعه زير بازوي پرس تغيير مي كند، لازم است تغييرات بسياري
در سخت افزار سيستم كنترل داده شود. به عبارت ديگر اتصالات و عناصر مدار فرمان بايد تغيير كند.
با استفاده ازPLC تغيير در روند توليد يا عملكرد ماشين به آساني صورت مي پذيرد، زيرا ديگر لازم نيست سيم كشي ها (Wiring) و سخت افزار سيستم كنترل تغيير كند و تنها كافي است چند سطر برنامه نوشت و به PLC ارسال كرد تا كنترل مورد نظر تحقق يابد.
از طرف ديگر قدرت PLC در انجام عمليات منطقي، محاسباتي، مقايسه اي و نگهداري اطلاعات به مراتب بيشتر از تابلو هاي فرمان معمولي است. PLC به طراحان سيستم كنترل اين امكان را مي دهد كه آنچه را در ذهن دارند در اسرع وقت بيازمايند و به ارتقاي محصول خود بينديشند، كاري كه در سيستم هاي قديمي مستلزم صرف هزينه و به خصوص زمان است و نياز به زمان، گاهي باعث مي شود كه ايدة مورد نظر هيچ گاه به مرحله عمل در نيايد.
هر كس با مدارهاي فرمان الكتريكي رله اي كار كرده باشد به خوبي مي داند كه پس از طراحي يك تابلوي فرمان، چنانچه نكته اي از قلم افتاده باشد، مشكلات مختلفي ظهور نموده، هزينه ها و اتلاف وقت بسياري را به دنبال خواهد داشت.
بعلاوه گاهي افزايش و كاهش چند قطعه در تابلوي فرمان به دلايل مختلف مانند محدوديت فضا، عملاً غير ممكن و يا مستلزم انجام سيم كشي هاي مجدد و پرهزينه مي باشد.
اكنون براي توجه بيشتر به تفاوت ها و مزاياي PLC نسبت به مدارات فرمان رله اي مزاياي مهم PLCرا نسبت به مدارات ياد شده بر مي شماريم.
استفاده ازPLC موجب كاهش حجم تابلوي فرمان مي گردد.
استفاده از PLC مخصوصاً در فرآيندهاي عظيم موجب صرفه جويي قابل توجه اي در هزينه، لوازم و قطعات مي گردد.
PLC ها استهلاك مكانيكي ندارند، بنابراين علاوه بر عمر بيشتر، نيازي به تعميرات و سرويس هاي دوره اي نخواهند داشت.
PLC ها انرژي كمتري مصرف مي كنند.
PLC ها برخلاف مدارات رله كنتاكتوري، نويزهاي الكتريكي و صوتي ايجاد نمي كنند.
استفاده از يك PLC منحصر به پروسه و فرآيند خاصي نيست و با تغيير برنامه مي توان به آساني از آن براي كنترل پروسه هاي ديگر استفاده نمود.
طراحي و اجراي مدارهاي كنترل و فرمان با استفاده از PLC ها بسيار سريع و آسان است .
براي عيب يابي مدارات فرمان الكترومكانيكي، الگوريتم و منطق خاصي را نمي توان پيشنهاد نمود. اين امر بيشتر تجربي بوده، بستگي به سابقة آشنايي فرد تعميركار با سيستم دارد. در صورتي كه عيب يابي در مدارات فرمان كنترل شده توسط PLC به آساني و با سرعت بيشتري انجام مي گيرد.
PLC ها مي توانند با استفاده از برنامه هاي مخصوص، وجود نقص و اشكال در پروسة تحت كنترل را به سرعت تعيين و اعلام نمايند.
در جدول 1-1 مزاياي PLC نسبت به مدارات فرمان رله اي و همچنين مدارهاي منطقي الكترونيكي و كامپيوتر برشمرده شده است .
جدول 1-1 : مزاياي PLC نسبت به كنترل كننده هاي ديگر
1-2- تفاوت PLC با كامپيوتر
استفاده از كامپيوتر معمولي مستلزم آموزش هاي نسبتاً طولاني، صرف وقت و هزينه هاي بسيار است. چنانچه كنترل فرآيندي مورد نظر باشد استفاده از كامپيوترهاي معمولي به مراتب پيچيده تر و در اغلب موارد عملاً ناممكن مي شود. علاوه بر آن براي انطباق كامپيوتر با فرآيند مورد نظر، طراحي، ساخت و يا لااقل بررسي و خريد تجهيزات خاص براي انطباق، كاري طاقت فرسا است.
بسياري از صنعتگران نياز به يادگيري سيستم هاي اتومكانيك را عملاً احساس نموده و دريافته اند كه توليد بدون به كارگيري اتوماسيون، اقتصادي نمي باشد. از طرف ديگر، صنعتگران آموزش هاي مبسوط به اين شاخه از صنعت را در محدودة وظايف خود نمي دانند.
PLC وسيله اي است كه درست به همين دلايل ساخته شده و اتوماسيون را با كمترين هزينه و به بهترين شكل ممكن در اختيار قرار مي دهد. استفاده از PLC بسيار ساده بوده، نياز به آموزش هاي مفصل، طولاني و پرهزينه ندارد.
از آنجايي كه اين وسيله به منظور پاسخگويي به كاربردهاي صنعتي طراحي شده است، تمامي مسائل مربوط به آن حل شده، هيچ مشكلي در راه استفاده از آن وجود ندارد. طراحان خطوط توليد
با بهره گيري از اين وسيلة قابل انعطاف به سرعت مي توانند نيازمنديهاي مصرف كنندگان خود را تأمين و در اسرع وقت توانايي هاي خود را با نيازمنديهاي بازار هماهنگ نمايند.
از شركت هاي سازندة PLC مي توانSIEMENS ،AEG ،OMRON ، ALLEN BRADLEY، MITSUBISHI و … را نام برد. گرچه از عرضة PLC توسط سازندگان مختلف چند ده سالي مي گذرد و در ماشين آلات و خطوط توليد خريداري شده از خارج كشور نيز به وفور مشاهده مي شود، استفاده از اين وسيلة بسيار قابل انعطاف توسط طراحان و ماشين سازان داخلي كمتر به چشم مي خورد. از جمله عواملي كه موجب تأخير در بهره برداري از PLC توسط طراحان داخلي گرديده است عبارتند از :
ارتباط مشكل با منابع تأمين كنندة خارجي.
عدم دسترسي به موقع به اطلاعات سيستم ها.
عدم پشتيباني مؤثر سازندگان از تجهيزات فروخته شدة خود.
هزينة بالاي تجهيزات خارجي.
هزينة بالاي آموزش در خارج از كشور.
شركت هاي داخلي نيز با توجه به مشكلات ياد شده و براي پر كردن خلاء موجود اقدام به طراحي و ساخت چند نوع PLCنموده اند. PLC هاي مذكور، كلية امكانات استاندارد PLC هاي متداول را داشته، از نمونه هاي خارجي با قابليت هاي مشابه ارزانتر اند. اين PLC ها به خوبي آزمايش گرديده، از پشتيباني كامل آموزش و خدمات پس از فروش برخوردار مي باشند.
از شركتهاي داخلي توليد كنندةPLC و سيستم هاي اتوماسيون مي توان شركت كنترونيك را نام برد. اين شركت با به كارگيري دانش متخصصين داخلي اقدام به توليد چندين سيستم PLC با قابليت هاي متفاوت جهت استفاده در صنايع مختلف و كاربردهاي متنوع نموده است.
اين شركت همچنين مبتكر زبان برنامه نويسي خاصي جهت سيستم هاي PLC توليد شده مي باشد كه بسيار شبيه به زبان برنامه نويسي ابداع شده توسط شركتSIEMENS يعنيSTEP 5 است. PLCياد شده با نمونه هاي خارجي مشابه خود به خوبي رقابت مي كند.
امروزه كاربرد PLC هاي ساخت شركت زيمنس در سراسر دنيا گسترش يافته، اين نوع PLC بيش از هر PLC ديگري در صنايع مختلف به چشم مي خورد. زبان برنامه نويسي اين شركت همانطور كه اشاره شد STEP 5 و STEP 7 مي باشد. همچنين اين زبانها بسيار شبيه به زبان ابداع شده توسط شركت كنترونيك يعني CSTL بوده، و تفاوت اين دو زبان برنامه نويسي تنها در چند مورد جزئي است.
لازم به ذكر است كه اصول كلي زبانهاي برنامه نويسي مختلف تقريباً يكسان بوده، و كاربر مي تواند با يادگيري يكي از زبانهاي مذكور، ساير زبانها را به آساني درك و از آنها استفاده نمايد.
سازندگان سيستم PLC براي برنامه نويسي سيستم هاي خود، هر يك از زبان منحصر به فردي استفاده مي نمايند كه از نظر اصولي همگي تابع يك سري قوانين منطقي و كلي بوده، تنها تفاوت آنها در ساختار برنامه نويسي و نمادهاي استفاده شده است.
از زبانهاي ابداع شده توسط سازندگان PLC ميتوان S5، S7، FST، OMRON، CSTL، ALLEN BRADLEY و … را نام برد.
1-3- كاربرد PLC در صنايع مختلف
امروزه كاربرد PLC در صنايع و پروسه هاي مختلف صنعتي به وفور به چشم مي خورد. در زير تعدادي از اين كاربردها آورده شده است.
_ صنايع اتومبيل سازي_شامل : عمليات سوراخ كاري اتوماتيك، اتصال قطعات و همچنين تست قطعات و تجهيزات اتومبيل، سيستم هاي رنگ پاش، شكل دادن بدنه به وسيلة پرس هاي اتوماتيك و …
_ صنايع پلاستيك سازي_شامل : ماشين هاي ذوب و قالب گيري تزريقي، دمش هوا و سيستم هاي توليد و آناليز پلاستيك و …
_ صنايع سنگين_شامل : كوره هاي صنعتي، سيستم هاي كنترل دماي اتوماتيك، وسايل و تجهيزاتي كه در ذوب فلزات استفاده مي شوند و…
_ صنايع شيميايي_شامل : سيستم هاي مخلوط كننده، دستگاههاي تركيب كنندة مواد با نسبت هاي متفاوت و …
_ صنايع غذايي_شامل : سيستم هاي سانتريفوژ، سيستم هاي عصاره گيري و بسته بندي و…
_ صنايع ماشيني_شامل : صنايع بسته بندي، صنايع چوب، صنايع كاغذ و مقوا، سيستم هاي سوراخ كاري، سيستم هاي اعلام خطر و هشدار دهنده، سيستم هاي استفاده شده در جوش فلزات و…
_ خدمات ساختماني_شامل : تكنولوژي بالابري (آسانسور)، كنترل هوا و تهويه مطبوع، سيستم هاي روشنايي خودكار و…
_ سيستم هاي حمل و نقل_شامل : جرثقيل ها، سيستم هاي نوار نقاله، تجهيزات حمل و نقل و…
_ صنايع تبديل انرژي (برق، گاز و آب)_شامل : ايستگاههاي تقويت فشار گاز، ايستگاههاي توليد نيرو، كنترل پمپ هاي آب، سيستم هاي تصفية آب و هواي صنعتي، سيستم هاي تصفيه و بازيافت گاز و …
1-4- سخت افزار PLC
از لحاظ سخت افزاري مي توان قسمت هاي تشكيل دهندة يك سيستم PLC را به صورت زير تقسيم نمود :
1 – واحد منبع تغذيه (Power Supply) PS
2 – واحد پردازش مركزي (Central Processing Unit) CPU
3 – حافظه (Memory)
4 – ترمينال هاي ورودي (Input Module)
5 – ترمينال هاي خروجي (Output Module)
6 – مدول ارتباط پروسسوري (Communication Processor) CP
7 – مدول رابط (Interface Module) IM
1-4-1- مدول منبع تغذيه (PS)
منبع تغذيه ولتاژ هاي مورد نياز PLC را تأمين مي كند. اين منبع معمولاً از ولتاژهاي 24 ولت DC و 110 يا 220 ولت AC، ولتاژ 5 ولت DC را ايجاد مي كند. لازم به ذكر است كه ولتاژ منبع تغذيه بايد كاملاً تنظيم شده (رگوله) باشد. جهت دستيابي به راندمان بالا معمولاً از منابع تغذية سوئيچينگ استفاده مي شود. ولتاژي كه در اكثر PLC ها استفاده مي گردد ولتاژ 5 يا 2/5 ولتDC است. (در برخي موارد، منبع تغذيه و واحد كنترل شونده در فاصلة زيادي نسبت به يكديگر قرار دارند بنابراين ولتاژ منبع، 2/5 ولت انتخاب مي شود تا افت ولتاژ حاصل از بُعد مسافت بين دو واحد مذكور جبران گردد.)
براي تغذية رله ها و محرك ها(Actuator) معمولاً از ولتاژ 24 ولتDC به صورت مستقيم (بدون استفاده از هيچ كارت ارتباطي) استفاده مي شود. در برخي موارد نيز از ولتاژهاي 110 يا 220 ولت AC با استفاده از يك كارت رابط به نام Relay Board استفاده مي گردد. (در مورد تغذية رله ها احتياج به رگولاسيون دقيق نيست.)
در برخي شرايطِ كنترلي لازم است تا در صورت قطع جريان منبع تغذيه، اطلاعات موجود در حافظه و همچنين محتويات شمارنده ها، تايمر ها و فلگ هاي پايدار بدون تغيير باقي بمانند. در اين موارد از يك باطري جنس”Lithium” جهت حفظ برنامه در حافظه استفاده مي گردد كه به آن”Battery Back Up” مي گويند. ولتاژ اين نوع باطري ها معمولاً 8/2 ولت تا 6/3 ولت مي باشد. از آنجايي كه اين باطري نقش مهمي در حفظ اطلاعات موجود در حافظه دارد در اكثر PLC
ها يك چراغ نشان دهنده تعبيه شده و در صورتيكه ولتاژ باطري به سطحي پائين تر از مقدار مجاز 8/2 ولت برسد اين نشان دهنده روشن مي گردد. اين نشان دهنده به Battery Low LED معروف است. در صورت مشاهدة روشن شدن اين نشان دهنده لازم است كه باطري مذكور تعويض گردد. براي تعويض باطري ابتدا بايد به وسيلة يك منبع تغذيه، ولتاژ مدول مورد نظر را تأمين و سپس اقدام به تعويض باطري نمود.
1-4-2- واحد پردازش مركزي (CPU)
CPU يا واحد پردازش مركزي در حقيقت قلب PLC است. وظيفة اين واحد، دريافت اطلاعات از ورودي ها، پردازش اين اطلاعات مطابق دستورات برنامه و صدور فرمانهايي است كه به صورت فعال يا غير فعال نمودن خروجي ها ظاهر مي شود. واضح است كه هر چه سرعت پردازش CPU بالاتر باشد زمان اجراي يك برنامه كمتر خواهد بود.
1-4-3- حافظه (Memory)
حافظه محلي است كه اطلاعات و برنامة كنترل در آن ذخيره مي شوند. علاوه بر اين، سيستم عامل كه عهده دار مديريت كلي بر PLC است در حافظه قرار دارد. تمايز در عملكرد PLC ها، عمدتاً به دليل برنامة سيستم عامل و طراحي خاص CPU آنهاست. در حالت كلي در PLC ها دو نوع حافظه وجود دارد :

فایل : 151 صفحه

فرمت : Word