PLC

همه چیز درباره پی ال سی

پی ال سی یا همان کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (Programmable Logic Controller)، یک سیستم کنترل کامپیوتری صنعتی است که با نظارت مداوم بر وضعیت دستگاه های ورودی و بر اساس برنامه کنترلی که از قبل بر روی آن پیاده شده است برای کنترل وضعیت دستگاه های خروجی تصمیم می گیرد.

با استفاده از این نوع سیستم کنترلی می توان عملکرد تعداد زیادی از خطوط تولید، دستگاه و فرآیندهای صنعتی را  تا حد قابل توجهی بهبود بخشید. با این حال، بزرگترین مزیت استفاده از PLC را می‌توان توانایی آن در تغییر و تکرار عملیات یا فرآیند در حین جمع آوری و انتقال اطلاعات مهم و کاربردی دانست.

مزیت دیگر سیستم PLC ماژولار بودن آن است. به این معنا که می توانید به منظور افزایش میزان هماهنگی برنامه کنترلی و دستگاه پی ال سی، انواع دستگاه های ورودی و خروجی را با هم ترکیب کنید.

 

بهتر است پیش از پرداختن به عناوینی مانند اهمیت، مزایای به کارگیری، اجزا، نحوه نصب و نکات کلیدی خرید پی ال سی نگاهی مختصر به تاریخچه این دستگاه کنترلی صنعتی پرطرفدار داشته باشیم:

تاریخچه پی ال سی

نخستین کنترلرهای منطقی قابل برنامه ریزی توسط Modicon به عنوان جایگزین رله برای GM (رسانایی انتقالی) و Landis (نوعی سیستم انتقال اطلاعات) طراحی و توسعه داده شد.

• اولین پی ال سی، مدل 084، توسط دیک مورلی در سال 1969 اختراع شد.
• اولین نسخه موفق تجاری PLC، تحت عنوان 184، در سال 1973 توسط مایکل گرینبرگ طراحی و معرفی شد.
• این کنترل کننده ها نیاز به سیم کشی مجدد و افزودن افزونه های سخت افزاری برای هر پیکربندی جدید منطقی را از بین بردند.
• این سیستم جدید موجب افزایش قابل توجه عملکرد کنترلی شد و در عین حال فضای کابینتی که مدارهای منطقی را در خود جای می‌داد کاهش یافت.

ساختار داخلی پی ال سی

در این بخش توضیحاتی در خصوص  واحد پردازش مرکزی، CPU، ارایه می‌شود. CPU حاوی یک برنامه داخلی است که به PLC فرمان چگونگی انجام عملکردهایی که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌شود را می‌دهد:

• اجرای دستورالعمل های کنترلی موجود در برنامه های کاربر؛ این برنامه در حافظه “nonvolatile” ذخیره شده است و در صورت قطعی برق از بین نمی رود.
• نحوه برقراری ارتباط با دستگاه های دیگر؛ این گزینه می‌تواند شامل دستگاه های ورودی/خروجی، دستگاه های برنامه نویسی، شبکه ها و حتی PLC های دیگر باشد.
• انجام فعالیت هایی مانند ارتباطات، شناسایی داخلی و غیره.

چگونگی عملکرد پی ال سی

در این قسمت از مقاله قصد داریم به یک سوال مهم پاسخ دهیم؛ پی ال سی چگونه کار می‌کند؟ چهار مرحله اساسی در عملکرد همه PLC ها عبارتند از اسکن ورودی، اسکن برنامه، اسکن خروجی و هاوس کیپینگ. مرحله هاوس کیپینگ شامل ارتباطات و شناسایی داخلی می‌شود. تمامی این مراحل به طور مداوم در یک حلقه تکراری انجام می شود.

چهار مرحله اساسی عملکرد پی ال سی

1. اسکن ورودی: وضعیت تمام دستگاه های ورودی متصل به پی ال سی را شناسایی می‌کند.
2. اسکن برنامه: برنامه منطقی ایجاد شده توسط کاربر را اجرا می کند
3. اسکن خروجی:‌ به تمام دستگاه های خروجی متصل به PLC برق می دهد یا برق آن را قطع می‌کند.
4. هاوس کیپینگ: این مرحله شامل ارتباط با پایانه های برنامه نویسی، تشخیص داخلی و غیره … است.

زبان های برنامه نویسی پی ال سی

همان طور که پیش از این نیز به آن اشاره شد، برنامه های کنترلی پیاده شده بر روی پی ال سی نقش مهمی در بررسی وضعیت دستگاه‌های خروجی متصل ایفا می‌کند. از این رو بیایید به یک سوال پرکاربرد پاسخ دهیم؛ برای برنامه نویسی PLC از چه زبان برنامه نویسی استفاده می شود؟

جالب است بدانید در حالی که زبان نردبانی  (Ladder Logic ) رایج ترین زبان برنامه نویسی PLC است، اما تنها زبان برنامه نویسی PLC نیست! در ادامه فهرستی از زبان هایی که برای برنامه نویسی PLC مورد استفاده قرار می‌گیرند، آمده است:

زبان گرافیکی بلوک دیاگرام تابعی (FBD)

همانطور که از نام آن پیداست زبان FBD یک زبان گرافیکی است که قابلیت برنامه ریزی برای کنترل کننده ها یا گیت های منطقی را دارد. زبان FBD می تواند به راحتی عملکرد بین متغیر های ورودی و خروجی را توصیف نماید. استفاده از  FBD برای نمایش  ارتباط متقابل میان الگوریتم های سیستم کنترل و منطق بسیار مفید است. معمولا هر تابع به عنوان یک مجموعه از بلوک ها توصیف می شود. عمدتا در پی ال سی از این زبان به منظور به تصویر کشیدن سیگنال و جریان داده از طریق بلوک های تابع استفاده می شود. در زبان برنامه نویسیFBD  اتصال متغیر های ورودی و متغیر های خروجی به بلوک ها  توسط خطوط اتصال امکان پذیر است.

زبان ST

این زبان برنامه نویسی دارای ساختار زبانی (سینتکس) است که به شدت مشابه PASCAL است و طیف وسیعی از توابع و اپراتورهای استاندارد را پشتیبانی می کند. این زبان متنی سطح بالا  شامل دستورات یچیده مانند IF، WHILE، CASE، RETURN، FOR، REPEAT  است و انتخابی ایده آل برای اجرای منطق پیچیده ریاضی محسوب می‌شود.

زبان IL (فهرست دستورالعمل)

یکی دیگر زبان‌های برنامه نویسی پی ال سی است و به لحاظ ساختار بسیار شبیه به زبان برنامه نویسی اسمبلی است. مجموعه‌ای از لیست‌های دستورالعمل های موجود در این زبان به‌سادگی آن کمک کرده است. این زبان حاوی کدهای LD، AND، OR، A بودخ و برای پروژه‌های کوچک مناسب است.

نمودار توابع متوالی (SFC)

این زبان گرافیکی انتخابی مناسب برای عملیات متوالی موازی هم‌زمان و برنامه نویسی سیستم های پیچیده کنترلی است. برنامه SFC یک نمای کلی از سیستم کنترلی را ارائه می‌دهد که در آن بلوک های ساختمان اصلی فایل های کامل برنامه هستند؛ از این رو در زبان SFC عیب‌یابی و بهبود برنامه آسان است.هر فایل برنامه با استفاده از یکی از انواع دیگر زبان های برنامه نویسی ایجاد می شود. به عبارت دیگر در ابن زبان برنامه نویسی می توانید زبان گرافیکی بلوک دیاگرام تابعی (FBD) یا زبان ST را در کنار هم قرار دهید.رویکرد SFC تسک‌ های بزرگ و پیچیده برنامه نویسی را با گام‌های کوچکتر و قابل مدیریت تر هماهنگ می کند.

معرفی دستگاه های ورودی و خروجی پی ال سی

در این بخش قصد داریم به معرفی انواع دستگاه های ورودی و خروجی پی ال سی بپردازیم:

دستگاه های ورودی پی ال سی

• سوئیچ ها و دکمه های فشاری
• دستگاه های حسگر مانند لیمیت سوییچ، حسگرهای فوتوالکتریک، حسگرهای مجاورتی
• سنسورهای وضعیت
• اینکودرزها مانند سوئیچ های فشار، لول سوییچ، سوییچ دما، سوییچ خلا، فلوتر

دستگاه های خروجی پی ال سی

• دریچه ها
• استارت موتور
• سلونوئید
• محرک ها
• بوق و آلارم
• پشته چراغ ها
• رله های کنترل
• شمارنده / توتالایزر
• پمپ ها
• چاپگرها
• فن ها

نکات مهم در خرید پی ال سی

امروزه انواع مختلفی از سیستم های پی ال سی در بازار وجود دارد. به غیر از هزینه، عوامل موثر دیگری نیز وجود دارد که باید به هنگام تصمیم گیری در مورد انتخاب پی ال سی متناسب با نیازتان در نظر بگیرید. در ادامه به تعدادی از آن‌ها اشاره شده است:

• آیا سیستم با ولتاژ AC یا DC تغذیه می شود؟
• آیا PLC حافظه کافی برای اجرای برنامه کاربری من را دارد؟
• 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؟
• آیا سرعت اجرای سیستم به اندازه‌ای است که نیازهای برنامه کاربری من را برآورده کند؟
• آیا PLC قادر خواهد بود تعداد ورودی ها و خروجی های مورد نیاز برنامه من را مدیریت کند؟
• برای برنامه ریزی PLC از چه نوع نرم افزاری استفاده می شود؟
• 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 این قابلیت بر روی PLC من قابل پیاده‌‌سازی است؟

بهترین برندهای پی ال سی

با توجه به اینکه هر مدل از انواع مختلف پی ال سی برای اهداف کاربردی متفاوتی طراحی شده است، بحث از برترین برندهای پی ال سی کار دشواری به نظر می‌رسد. با این حال در این قسمت از مقاله، ما  نگاهی اجمالی به تعدادی از محبوب‌ترین برندهای پی ال سی خواهیم داشت:‌

زیمنس – سری S7‌ سیماتیک

برند زیمنس نامی آشنا برای هر کسی است که حتی برای مدت کوتاهی در صنعت اتوماسیون بوده است. این غول مهندسی آلمانی که بزرگترین شرکت مهندسی اروپایی درآمد است، تنها یک شعار دارد؛ “برای هر برنامه ای یک کنترل کننده وجود دارد.”

زیمنس کار خود را با S5 سیماتیک شروع کرد و با ورود به سری S7‌ با عملکرد بالا، می توان گفت تغییرات انقلابی در تجهیزات اتوماسیون صنعتی ارائه کرده است. سری S7‌ با  پردازنده S7-200 در سال 1994 شروع و آخرین مدل آن S7-1500 است که در سال 2012 معرفی شد. S7-1500 برای برنامه هایی با حافظه سنگین طراحی شده است و مقادیر نسبتاً زیادی I/O دارند. یک CPU ارتقا یافته از این خانواده می‌تواند یک مدل شبکه عصبی آموزش دیده را برای انجام وظایف هوش مصنوعی مانند تشخیص، شناسایی اشیا و بازرسی کیفیت بصری اجرا کند. پی ال سی S7-1500 زبان های برنامه‌نویسی C و C++ را پشتیبانی می‌کند.

آلن بردلی

خط تولید آلن بردلی از پی ال سی های بسیار کوچک و ارزان قیمت، یعنی MicroLogix، تا سری  5000CompactLogix  تا بالاترین سطح کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی ControlLogix را شامل می شود.

پی ال سی های سری Micro از تعداد زیادی ورودی/خروجی به شکل فشرده و قابل ارتقا پشتیبانی می کنند.

نرم افزاری که اکنون برای این دسته از پی ال سی ها مورد استفاده قرار می‌گیرد نرم افزار RSLOYIX5 است.

میتسوبیشی

سری پی ال سی میتسوبیشی، سری MELSEC، شامل طیف گسترده ای از محصولات است که از سری کامپکت و مقرون به صرفه MELSEC-F شروع می شود.

سری کامپکت MELSEC iQ-F جدیدترین مدل از سری کامپکت پی ال سی است معرفی شده توسط میتسوبیشی الکتریک است. برای افزایش کارایی آن می توان از ماژول های ورودی/خروجی برقی که 32 نقطه ورودی/خروجی (16DI/16DO) تولید میکند و در دو نوع منبع تغذیه AC و منبع تغذیه DC ارائه می‌شود استفاده نمود.

قدرتمندترین و غنی ترین سری آنها تاکنون سری iQ-R  بوده است. پی ال سی های ایمنی میتسوبیشی نیز در بین کاربران برای اطمینان از ایمنی سایت های تولید بسیار محبوب هستند.

اشنایدر-سری Modicon

اشنایدر الکتریک یکی دیگر از تولیدکنندگان تجهیزات صنعتی و الکتریکی اروپایی است که در زمینه مدیریت انرژی و اتوماسیون صنعتی بسیار محبوب است. اشنایدر همچنین طیف گسترده ای از پی ال سی ها را متناسب با کاربردهای مختلف ارائه می دهد. کنترلر221 Modicon M آنها برای سیستم هایی  که به منظور کاهش هزینه به تعداد ورودی/خروجی کمتری نیازدارند، مناسب است.

در بازار ایران از قدیم از  مینی پی ال سی های ZELIO تله مکانیک که به LOGO تله مکانیک معروف است برای کاربردهای های آسان استفاده می شد.

انواع پی ال سی

انواع مختلف پی ال سی ها  بر اساس برخی پارامترها طبقه بندی می‌شوند که در ادامه به آن‌ها خواهیم پرداخت:

پی ال سی مجتمع -PLC  Compact

این نوع PLC معمولاً PLC I/O ثابت نیزنامیده می شود. “I/O ثابت” در واقع مخفف “Input/Output” ثابت است. اگر پی ال‌ سی های مجتمع را خریداری کنید، متوجه خواهید شد که بخش ورودی و خروجی پی ال سی در خود میکروکنترلر ادغام شده است.

این بدان معنی است که هر نوع خروجی یا ورودی ثابت است و توسط سازنده از پیش تعیین می شود. همچنین ممکن است تعداد ورودی ها و خروجی ها در این نوع پی ال سی افزایش نیابد.

پی ال سی ماژولار- Modular PLC

پی ال سی ماژولار امکان توسعه چندین سیستم پی ال سی را از طریق استفاده از ماژول ها فراهم می کند. این ماژول ها امکان افزایش تعداد واحدهای ورودی/خروجی را به پی ال سی می‌دهند و معمولاً استفاده از آنها آسان‌تر است زیرا هر جزء مستقل از یکدیگر است.

منبع تغذیه، ماژول ارتباطات، ماژول ورودی/خروجی همگی جدا از هم هستند، برای ایجاد پی ال سی خود بنابراین باید آنها را به صورت دستی به یکدیگر متصل کنید.

یک نوع پی ال سی ماژولار، پی ال سی رک مانت است. در این پی ال سی، ماژول ارتباطی در خود رک قرار دارد، بنابراین تمام اتصالات متمرکز هستند.

مینی پی ال سی- Mini PLC

مینی پی ال سی ها معمولا دارای 128 تا 512 نقطه ورودی/خروجی هستند که در حال حاضر برای یک سیستم کنترلی بسیار زیاد است.

برای آن دسته از سیستم های کنترل کوچکی که پیش بینی می شود افزایش سایز کمی داشته باشند، مینی PLC ها به جای استفاده از PLC های بزرگتر (بالای 512 نقطه ورودی/خروجی) گزینه های ایده آل تری هستند.

میکرو پی ال سی Micro PLC

میکرو پی ال سی ها آنهایی هستند که دارای 15 تا 128 نقطه ورودی/خروجی هستند. آنها بیشتر در سیستم‌های اتوماسیون یا کنترلی بسیار کوچک مانند وسایل شهربازی استفاده می‌شوند. از آنجایی که وسایل شهربازی مستلزم این هستند که کنترلرها در نزدیکی خود دستگاه قرار داشته باشند، بنابراین نیاز به وجود یک پی ال سی مرکزی برای همه دستگاه‌های موجود در شهربازی حذف می‌شود.

راه اندازی پی ال سی

هنگام نصب پی ال سی باید دقت لازم را داشته باشیم تا بتوانیم میزان آسیب های وارده به آن را کاهش دهیم. برخی از نکات ایمنی مهم که باید به آن‌ها توجه کنیم عبارتند از:

• پی ال سی باید در مکان هایی نصب شود که در معرض تابش مستقیم نور خورشید نباشد.
• دمای محل نصب نباید بیش از 55 درجه سانتیگراد باشد.
• میزان رطوبت نسبی 10٪ – 90٪ RH
• در مکان هایی که گازهای قابل اشتعال یا سمی وجود دارد از نصب پی ال سی خودداری شود.
• نباید در مکان هایی که لرزش زیاد وجود دارد نصب شود.
• نباید در مکان هایی که روغن یا گرد و غبار شیمیایی وجود دارد نصب شود.
• باید فضای کافی برای گردش هوا در نظر گرفته شود.
• خطوط برق و تجهیزات ولتاژ بالا اصلی ترین عوامل ایجاد نویز الکتریکی در پی ال سی ها هستند.
• حداقل فاصله ما بین PLC و خطوط برق مجاور باید 200 میلی متر در نظر گرفته شود.
• PLC باید به گونه ای نصب شود که دسترسی به آن به منظور بهره برداری و نگهداری آسان باشد.

مراحل نصب پی ال سی

نصب واحد CPU و واحد ورودی خروجی

PLC کوچک باید به گونه ای نصب شود که خنک کننده کافی در اختیار داشته باشد، این پی ال سی نباید در موقعیت نادرست نصب شود. می توان آن را روی سطح افقی نصب کرد. واحدهای ورودی/خروجی را می توان به گونه ای نصب کرد که  موجب قرارگیری ماژول های مناسب در مکان های صحیح خود شوند.

نصب واحدهای ورودی/خروجی را باید بر اساس  دیاگرام سیم کشی انجام شود، بیشتر سوئیچ ها به پنل، سنسورها و شیر برقی موجود دستگاهی که قرار است کنترل شود، وصل شده اند.

اتصالات ویژه ورودی/خروجی

هنگام پیاده سازی اتصالات ویژه ورودی/خروجی باید به نکات ایمنی و مراقبتی توجه ویژه‌ای داشته باشیم. برخی از دستگاه‌ها حتی اگر کار نکنند می‌توانند موجب ایجاد جریان نشتی شوند؛ این جریان ورودی می‌تواند مدار ورودی و در نتیجه عملکرد آن را تحت تاثیر قرار دهد. با قرار دادن یک مقاومت بلیدر در سراسر ورودی می توان از این امر جلوگیری کرد. این المان، موجب افزایش مقاومت مدار می‌شود از این رو شاهد افت ولتاژ بین دستگاه میدان نشتی و مدار ورودی خواهیم بود. بارهای القایی می توانند جریان را قطع کنند برای جلوگیری از این امر می توانیم از مدار اسنابر استفاده کنیم.

مزایای پی ال سی

برخی از مزایای استفاده از پی ال سی در سیستم های کنترل صنعتی عبارتند از:

• قابلیت اطمینان: PLC ها به گونه ای طراحی شده اند که از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار باشند و بتوانند در محیط های صنعتی خشن کار کنند. آنها نسبت به انواع دیگر سیستم های کنترلی احتمال شکست کمتری دارند و می توان آنها را برای انجام طیف وسیعی از وظایف برنامه ریزی نمود.
• انعطاف پذیری: PLC ها را می توان برای انجام طیف وسیعی از وظایف برنامه ریزی کرد و به راحتی می توان در صورت نیاز آن ها را برای انجام وظایف جدید دوباره برنامه ریزی کرد. انعطاف پذیری بالا و سازگار با شرایط و الزامات رمز محبوبیت انواع پی ال سی است.
• سهولت استفاده: استفاده از پی ال سی ها در مقایسه با انواع دیگر سیستم های کنترل صنعتی نسبتاً آسان است. آن‌ها اغلب با نرم افزار کاربر پسندی عرضه می شوند که برنامه نویسی و عیب یابی آنها را آسان می کند.
• مقرون به صرفه بودن: با در نظر گرفتن هزینه نصب، نگهداری و تعمیر، پی ال سی هاعموماً مقرون به صرفه تر از سایر انواع سیستم های کنترل صنعتی هستند.
• ایمنی: PLC ها را می توان طوری برنامه ریزی کرد که به محافظت از کارگران و تجهیزات کمک کند. برای مثال، در شرایط خاصی، مانند گرم شدن بیش از حد ماشین یا خطر برخورد، فرآیندی را خاموش کنند.

معایب پی ال سی

برخی از معایب استفاده از پی ال سی ها عبارتند از:

• پیچیدگی: برنامه نویسی و نگهداری پی ال سی‌ها برای کسانی که با زبان برنامه نویسی تخصصی پی ال سی آشنا نیستند می‌تواند پیچیده باشد. این می تواند مانعی بزرگ برای ورود کسانی باشد که می خواهند از PLC استفاده کنند و ممکن است نیاز به آموزش و منابع بیشتری داشته باشد.
• قدرت پردازش محدود: PLC ها به اندازه برخی از انواع دیگر سیستم ها مانند DCS قدرتمند نیستند و ممکن است قادر به انجام وظایف پیچیده یا پردازش حجم زیادی از اطلاعات نباشند.
• توسعه پذیری محدود: PLC ها برای وظایف و فرآیندهای خاص طراحی شده اند و ممکن است نتوانند به راحتی برای انجام وظایف جدید بسط یابند یا اصلاح شوند.

قیمت و فروش پی ال سی

برندها و مدل‌های مختلف پی ال سی در بازار ایران عرضه می‌شوند؛ برای اطلاع از مقیمت دقیق می‌تواند با  کارشناسان معتبر دامون در ارتباط باشید. همچنین بازه قیمتی هر مدل نیز در سایت دامون قابل مشاهده است. برای این کار کافی است بر روی برند مورد نظر در نوار بالا سایت کلیک نمایید.