پی ال سی چیست؟

پی ال سی چیست؟

پی ال سی یک نوع کامپیوتر خاص است برای کارکردی قابل اطمینان در شرایط صنعتی خاص طراحی شده است  شرایطی مانند دماهای بسیار بالا، رطوبت و خشکی و گرد و خاک. پی ال سی‌ها طراحی شده‌اند تا بتوانند فرآیندهای صنعتی را اتوماتیک کنند. کارهایی مثل خط مونتاژ در یک کارخانه تولیدی، فرآیندهای موجود در کارخانه‌های سنگ معدن یا تصفیه‌ خانه‌های فاضلاب و …

 

اما قبل از ورود دقیقتر به پی ال سی، بهتر است نگاهی به کنترل در صنعت پیش از ظهور PLCها بیندازیم.

سیستم کنترلی قبل از PLC

عمده سیستم‌های کنترلی که در صنعت استفاده می‌شد، به صورت رله و بانک‌هایی از رله بود. جایی که مجموعه‌ای از رله‌ها، وظیفه کنترل و خاموش/روشن کردن دستگاه‌های خروجی را به عهده داشتند. در برخی از این سیستم‌ها تعداد رله‌ها اینقدر زیاد می‌شد که یک محفظه شامل رله و بانک رله تشکیل می‌داد.

برخی از مشکلات بزرگ این نوع سیستم ها ذاتاً به مکانیکی بودن رله‌ها برمی‌گشت. استهلاک در طول زمان بر اثر کلیدزنی‌های فراوان باعث خرابی رله‌ها می‌شد.

یک عیب بزرگ دیگر این سیستم‌ها این بود که اگر نقصی در سیستم پیش بیاید، تشخیص محل دقیق آن زمانبر و مشکل است. به عبارت دیگر در زمان نقص، دستگاهها در مدت زمان قابل توجهی باید کارکرد خود را متوقف کنند تا مکان عیب تشخیص داده شده و رفع گردد.

به همین علت افراد و شرکت‌های مختلفی، مدتها روی سیستمی کار کردند که این مشکلات را برطرف کند؛ و در نهایت پی ال سی به عنوان جایگزین این سیستم ارائه شد.

تاریخچه plc چیست

PLC در اصل حاصل ایده‌های فردی به نام ریچارد دیک مورلی است. او فردی معمولی در دانشگاه MIT بود که تصمیم گرفت تحصیل خود را نیمه‌کاره رها کرده و به طرف مسیری ناشناخته ولی هدفی مصمم قدم بگذارد.

او شرکت خود را تاسیس کرد و در طی سالیان مختلف تلاش کرد تا چالش بزرگ صنعت را به خوبی شناسایی کرده و در جهت رفع آن تفکر و ایده‌پردازی کند.

در این خصوص بهتر است توضیح بیشتری ندهیم، شما را دعوت به مشاهده این ویدئو می‌کنیم تا با روند خلق PLC توسط دیک مورلی بیشتر آشنا شوید.

 

مهمترین مزیت PLC چیست؟

می‌توان گفت مهمترین نقطه قوت پی ال سی در مقابل سیستم‌های کنترل قدیمی در این است که شما می‌توانید پس از اینکه طرح مدنظر خود را برنامه‌ریزی کردید، برگردید و مجدداً برنامه و طرح خود را تغییر دهید. اینکار هزینه کمی نسبت به سیستم‌های قدیمی دارد و این هزینه فقط در زمانی است که برنامه‌نویس باید برای تغییر برنامه خود صرف کند.

لامپی را در نظر بگیرید که به یک کلید متصل شده است. لامپ دو حالت بیشتر ندارد، یا روشن است و یا خاموش:

کلید و لامپ

به شما گفته شده است که کاری کنید تا وقتی کلید در حال وصل (ON) قرار گرفت، پس از 30 ثانیه لامپ روشن شود. مسلماً در این ساختار سیمی، پیاده سازی چنین چیزی بسیار دشوار است.

تنها راهی که شاید بتوانید به این هدف دست پیدا کنید این است که سیم‌کشی مدار خود را تا جایی زیاد و پیچیده‌تر کنید که بتوانید به این تاخیر مد نظر دست پیدا کنید. البته باز هم در عمل این کار بسیار دشوار است! بله برای یک تغییر جزیی، به دردسرهای بزرگی می‌افتیم.

و اینجاست که نقش کنترل کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) مشهود و پررنگ می‌شود. به طوری که نیاز به هیچ سیم‌کشی اضافه‌ای در سیستم نداریم.

تنها کافیست چند خط کد ساده به برنامه اضافه کنیم؛ با این کارکرد که کنترلر 30 ثانیه تاخیر در روشن کردن لامپ پس از فشردن کلید بیندازد. گذشته از این با حضور پی ال سی، اکنون شما می‌توانید چندین ورودی مختلف را دریافت کرده و در سمت خروجی نیز چندین دستگاه خروجی متفاوت را کنترل نمایید.

قطع و وصل لامپ با کنترل PLC
قطع و وصل لامپ با کنترل PLC
و این مثال تنها یک نمونه بسیار ساده از کارکرد پی ال سی بود. یک PLC توانایی کنترل و اجرای فرآیندهای بسیار پیچیده‌تری را دارد.

نحوه عملکرد PLC

نحوه کارکرد پی ال سی را به سادگی می‌توان با مشاهده چرخه اسکن نرم‌‎افزاری آن درک نمود. این چرخه را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید:

چرخه عملکرد PLC چیست

در ابتدا و قبل از هر کاری باید پیکره‌بندی اولیه PLC انجام شود. شناساندن نوع و شرکت سازنده پی ال سی به نرم‌افزار، تعیین پورت‌های ورودی-خروجی و … که همه این کارها معمولاً به صورت نرم‌افزاری انجام می‌شود.

حال به شرح مراحل مختلف این چرخه می‌پردازیم:

سیستم‌عامل در ابتدا رصد زمانی خود را شروع می‌کند و وارد این چرخه می‌شود.
CPU شروع به خواندن داده‌ها از ماژول ورودی می‌کند و وضعیت تمام ورودی‌ها را بررسی می‌کند.
CPU در گام بعدی شروع به اجرای برنامه نوشته شده کاربر می‌کند. این برنامه می‌تواند در منطق لدر (ladder) باشد و یا با هر زبان برنامه‌نویسی دیگر که مبتنی بر PLC است، باشد.
سپس CPU به سازوکارهای داخلی و وظایف ارتباطی خود می‌پردازد.
بر اساس نتیجه برنامه اجرا شده، پردازنده آن داده را در ماژول خروجی می‌نویسد تا وضعیت تمام خروجی‌ها به روز شود.
مراحل این فرآیند ادامه پیدا می‌کند تا زمانی که PLC در حالت اجرایی و عملکردی خودش قرار دارد.
برای آشنایی با محدوده قیمتی پی ال سی ها و خرید plc پیشنهاد میکنیم این صفحه را ببینید: قیمت PLC
ساختار PLC چیست
ساختار داخلی PLC به نحوی شبیه به ساختار کامپیوترها است:

ساختار PLC پی ال سی
ماژولهای مختلف داخلی پی ال سی
مهمترین بخش‌های درونی پی ال سی به شرح زیر است:

ماژول منبع تغذیه
واحد پردازشگر مرکزی (CPU)
ماژول ورودی
ماژول خروجی
ماژول منبع تغذیه
ماژول منبع تغذیه وظیفه تامین برق و تغذیه مورد نیاز تمام بخشهای سیستم را به عهده دارد. این ماژول برق ورودی متناوب (AC) را به برق جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌کند که مورد نیاز بخش‌هایی مثل CPU و ماژولهای ورودی و خروجی است.

تغذیه اصلی اکثر پی ال سی ها، 24 ولت دی سی است. PLCهای کمی هستند که نیاز به ولتاژی جز این مقدار داشته باشند.

ماژول CPU و حافظه

ماژول CPU را می‌توان به نوعی مغز PLC دانست که وظیفه اجرای برنامه‌ها، و مدیریت وظایف محول شده به PLC را بر عهده دارد.

ماژول سی پی یو یا همان پردازشگر مرکزی، شامل یک پردازنده اصلی و حافظه‌های ROM و RAM است. حافظه فقط خواندنی (ROM) شامل سیستم عامل، درایورهای مورد نیاز و برنامه‌های کاربردی است.

از طرف دیگر حافظه دسترسی تصادفی (RAM) به منظور ذخیره برنامه‌ها و داده‌ها بر روی خود استفاده می‌شود.

اگر بخواهیم این ماژول را با واحدهای سخت‌افزاری جایگزین کنیم، می‌توانیم آن را معادل مجموعه‌ای از رله‌ها، تایمرها و شمارنده‌های متصل به همدیگر در نظر بگیریم.

اما دو نوع پردازنده معمولاً در PLC ها استفاده می‌شود:

پردازنده یک بیتی
پردازنده کلمه‌ای
پردازنده یک بیتی، برای کاربردهای ساده‌تر و منطقی (لاجیک) استفاده می‌شود. جایی که یک بیت برای داده به عنوان پردازش کافی باشد. ولی پردازنده کلمه‌ای، برای کاربردهای پیچیده‌تر مثل پردازش متن، داده‌های محاسباتی، کنترلی و… به کار گرفته می‌شود.

CPU به طور پیوسته، وضعیت مقادیر ورودی از دستگاه‌های متعدد ورودی را مانیتور می‌کند (دستگاه‌هایی مثل شتاب‌سنج، دماسنج، سنسورها و…)؛ داده ورودی تطبیق یافته را از ماژول ورودی می‌خواند و سپس بر اساس منطق نوشته شده در خود، خروجی مورد نظر را ایجاد کرده و به ماژول خروجی ارسال می‌کنند. این خروجی می‌تواند سیگنالی جهت روشن شدن موتور یا موارد مشابه باشد.

ماژول ورودی PLC چیست

اِعمال سیگنالهای فیزیکی نظیر دما، فشار، ارتعاش و… به پردازنده به دلیل ماهیتِ غیردیجیتال این سیگنالها، امکان‌پذیر نیست. ماژول CPU فقط منطق دیجیتال می‌فهمد و هر چیزی غیر از آن را نمی‌‎تواند درک کند!

به همین دلیل ماژول‌های ورودی و خروجی طراحی شده‌‎اند تا بتوانند منطق دنیای بیرونِ PLC را به پردازشگر آن بفمانند.

پس در حقیقت یکی از کاربردهای مهم ماژول ورودی و خروجی، تطبیق نوع سیگنال‌های دستگاههای ورودی با پی ال سی است. مثلاً اگر قرار باشد وضعیت دماسنج بررسی شده و دمای اعلامی آن به پی ال سی ارسال شود، نوع سیگنال آن باید از نوع آنالوگ به دیجیتال تبدیل شود.

مبدل آنالوگ به دیجیتال در ماژول ورودی قرار دارد و سیگنال دماسنج را قابل فهم و پردازش برای CPU می‌کند. اساساً یکی از مهمترین مزایای استفاده از ماژول‌های ورودی و خروجی ایجاد ایزولاسیون بین پی ال سی و دنیای بیرون است. قرار نیست مشکلات احتمالی (نویز، سیگنالهای ناخواسته و…) که در خارج از کنترلر وجود دارد، روی آن اثری بگذارد.

در تصویر زیر می‌توانید ساختار ساده‌ای از ماژول‌های ورودی را ملاحظه کنید.

ماژول ورودی PLC

ماژول ورودی پی ال سی، وظیفه تبدیل سطح ولتاژ ورودی را برای پردازشگر به عهده دارد
همچنین ساختار مداری این ماژول نیز به شکل زیر است:

مدار داخلی ماژول ورودی
ساختار مدار داخلی ماژول ورودی PLC
پس ماژول ورودی PLC، چهار وظیفه اصلی دارد:

دریافت سیگنالها از دستگاههای ورودی در سطح ولتاژ 220 ولت AC
تبدیل سیگنالهای ورودی به سطح 5 ولت DC که قابل استفاده برای ماژول CPU باشد.
ایزوله کردن PLC از نوسانات دستگاههای ورودی
ارسال سیگنال نهایی با سطح ولتاژ 5 ولت DC به خروجی (ماژول پردازشگر)
همانطور که در دو تصویر فوق نیز مشاهده می‌کنید، ماژول ورودی دو بخش اصلی دارد. یک بخش تبدیل ولتاژ و یک بخش مدارات منطقی؛ که این دو بخش از یکدیگر ایزوله شده‌اند.

یکبار دیگر، تصویر مداری ساختار را ببینید. هنگامی که پوش باتن، فشرده می‌شود، برق AC با ولتاژ 220ولت از طریق مقاومتهای R1 و R2 به یکسوکننده پل اعمال می‌شود.

یکسوکننده پل (یکسوکننده پل دیودی) به منظور تبدیل ولتاژ AC به DC استفاده می‌شود. دیود زنر هم به منظور اعمال یک ولتاژ پایین به LED به کار می‌رود. اما در ایزولاتور، هنگامی که نور LED به فتوترانزیستور (ترانزیستور نوری) می‌تابد، ترانزیستور در ناحیه هدایت خود عمل کرده و جریان را عبور می‌دهد؛ و در نهایت ولتاژ 5 ولت DC برای پردازنده مهیا می‌شود.

ماژول خروجی PLC چیست

عملکرد ماژول خروجی پی ال سی نیز مشابه ماژول ورودی است که به صورت عکس آن عمل می‌کند. این ماژول با دو بخش پردازنده و بار خروجی در ارتباط است. در ابتدا بخش مدار منطقی را داریم و سپس بخش مربوط به تبدیل سطح ولتاژ به دنبال آن می‌آید.

ماژول خروجی در PLC چیست

ساختار داخلی ماژول خروجی پی ال سی

در ادامه ساختار مداری این ماژول نیز برای یک خروجی به تصویر کشیده شده است:

مدارهای داخلی ماژول خروجی PLC
مدارهای داخلی ماژول خروجی PLC به ازای هر دستگاه خروجی
در این ساختار، وقتی که سیگنال منطقی 1 یا High از سمت CPU به این ماژول ارسال می‌شود، LED روشن شده و نور آن به فتوترانزیستور موجود در ایزولاتور تابیده و باعث می‌‎شود تا این ترانزیستور در ناحیه هدایت خود قرار بگیرد. سپس یک پالس به گیت ترایاک (که در بخش سوویچ الکترونیکی) وجود دارد ارسال می‌شود. و در نهایت برق AC برای بار خروجی آماده می‌شود.

در برخی از ساختارها، رک یا قفسه‌ای که کل سیستم در آن قرار می‌گیرد را نیز بخشی از ساختار پی ال سی می‌دانند. البته رک در پی ال سی‌های ماژولار کاربرد دارد.

رک PLC چیست

یک نمونه از رک‌ پی ال سی ماژولار
در برخی دیگر از ساختارها، ماژولی را نیز به عنوان ماژول ارتباطات در نظر می‌گیرند که کلیه ارتباطات و اتصالات سایر ماژولها را مدیریت می‌کند که ما در اینجا به دلیل طولانی شدن بحث به آن نمی‌پردازیم.

مزایای PLC چیست
زمان اسکن کردن بسیار سریعی دارد.
قابلیت ارتباط با کامپیوتر در کل کارخانه را دارد.
توانایی محاسباتی بسیار خوبی دارد.
زمان آموزش کوتاهی دارد.
طیف گسترده‌ایی از کاربردهای کنترلی را شامل می‌شود.
به راحتی برنامه‌نویسی می‌شود و به راحتی زبان برنامه‌نویسی آن درک می‌شود.
هزینه پروژه‌های آن را می‌توان به طور دقیق محاسبه کرد.
از قابلیت کنترل نظارتی برخوردار است.
دارای ابعاد فیزیکی کوچکی است.
در برنامه‌نویسی مجدد انعطاف‌پذیری دارد.
برطرف کردن مشکل در آن نسبت به سیستم‌های سنتی (بانک رله) آسان‌تر و سریع‌تر است.
دارای شمارنده‌هایی با سرعت بالا است.
زمان اجرای پروژه کوتاه‌تر است.
از قابلیت اطمینان بالا برخوردار است.

معایب PLC چیست

وقتی مشکلی برای پی ال سی پیش می‌آید، زمان بازیابی و اصلاح آن نامشخص است.
محدودیت‌های کاری PLC در دمای بالا وجود دارد.
در هنگام قطعی برق، برنامه مجدداً از جایی که متوقف شده بود، شروع به اجرا می‌کند و این اصلاً مناسب نیست! (ممکن است قبل از قطعی برق دستگاهی روشن شده باشد، و اکنون بلافاصله پس از وصل شدن برق روشن شدن آن دستگاه خطرآفرین باشد)
همزمان فقط یک برنامه در یک پی ال سی مدل ثابت قابل اجرا است.
نمی‌توان از نرم‌افزار و قطعات PLC یک برند خاص، در تولید و پیکره‌بندی پی ال سی برند دیگر استفاده کرد.
کاربرد PLC چیست
PLC در صنایع مختلف کاربردهای بی‌شماری دارد؛ بخش نفت و گاز، نیروگاههای برق، صنعت فولاد، صنعت خودرو، صنایع شیمیایی و بخش انرژی و بهینه‌سازی مصرف، صنعت شیشه، صنعت کاغذ و حتی صنعت تولید سیمان تنها بخشی از کاربردهای فراوان پی ال سی هاست. حتی در صنایع هوایی و مسافرتی، plc به کار گرفته می‌شود تا سیستم کنترل امنیتی را مانیتور کرده و به عملکرد بهینه‌تر آسانسورها و پله برقی‌ها کمک کند.

plc و کنترل سطح مخزن آن

یک نمونه ساده از کاربرد PLC: کنترل سطح مخزن آب به وسیله پی ال سی و سنسور تشخیص سطح
کاربرد PLC در مواردی مثل نیروگاهها، بخش انرژی و نفت و گاز احتمالاً برای شما شناخته شده‌تر و قابل درک‌تر باشد. در ادامه به برخی از کاربردهای plc می پردازیم که شاید برای شما ناشناخته‌تر باشد!

PLC در صنعت شیشه

جالب است بدانید که کنترلرهای PLC دهه‌ها است که در صنعت شیشه استفاده می‌شوند. تولید شیشه یک فرآیند پیچیده است که کمپانی‌های زیادی به دنبال استفاده از PLCها برای اتوماسیون کردن این فرآیند بوده‌اند. مثلاً برای تولید شیشه، پی ال سی به طور گسترده به کار می‌رود تا نسبت مواد را کنترل و شیشه‌های تخت را بررسی کند. تکنولوژی پی ال سی در طول سالها در صنایع شیشه، تبدیل به یک تکنولوژی پرتقاضا و پرکاربرد شده است.

PLC در صنعت کاغذ

به طور گسترده استفاده می‌شود. پی ال سی در این صنعت، ماشین‌آلاتی را کنترل می‌کند که محصولات کاغذی را با سرعت بالا تولید می‌کنند. مثلاً PLC فرآیند تولید صفحات کتاب یا روزنامه را در چاپ آفست مانیتور و کنترل می‌کند.

PLC در صنعت سیمان

به طور ساده می‌توان گفت سیمان از مخلوط کردن مواد اولیه مختلف در کوره تولید می‌شود. کیفیت این مواد اولیه و نسبت ترکیبی آنها با هم، به شکل قابل توجهی بر کیفیت محصول نهایی اثرگذار است. پس مشخصاً داده‌های دقیقی مثل سنجش کیفیت این مواد و نسبت آنها از اهمیت و اولویت بالایی برخوردار است و این داده‌ها باید به دقت رصد و کنترل شوند. این وظیفه را در صنعت تولید سیمان، PLCها عهده‌دار هستند.

همانطور که اشاره کردیم پی ال سی کاربردهای بسیار زیادی دارد. در اینجا به مواردی اشاره کردیم که شما را بیشتر متعجب می‌کرد. برای آشنایی با کاربردهای بیشتر و دقیقتر پیشنهاد می‌کنیم این مقاله را از دست ندهید.

اتوماسیون صنعتی PLC چیست

اتوماسیون صنعتی مجموعه‌ای از تکنولوژی‌هاست که فرآیندهای صنعتی و عملکرد ماشین‌آلات را خودکار می‌کند؛ این کار بدون نیاز به اپراتور انسانی انجام می‌شود. به منظور رسیدن به چنین هدفی، سیستم‌ها و ابزارهای کنترلی نظیر کامپیوتر و رباتیک به کار گرفته می‌شوند. خودکارسازی این فرآیندها به حذف خطای انسانی، کاهش هزینه‌ها، سرعت بیشتر انجام کارها و در نهایت دستیابی به عملکرد بالاتر می‌انجامد.

 

مجموعه‌ای از ابزارهای مختلف و متعدد مورد نیاز است تا اتوماسیون صنعتی شکل بگیرد:

کنترل کننده منطقی برنامه‌پذیر (PLC)
سامانه سرپرستی و گردآوری داده – اسکادا (SCADA)
واسط بین انسان و ماشین (HMI)
شبکه عصبی مصنوعی (ANN)
سیستم کنترل توزیع شده (DCS)
رباتیک

خرید بی متال زیمنس
فروش بیمتال زیمنس
فروش کنتاکتور زیمنس
خرید کنتاکتور زیمنس