چکیده :
با توجه به پیشرفت بسیار سریع تکنولوژی و وجود رقابت‌های شدید در بین صنعتگران دو مقولة دقت و زمان در انجام کارهای تولیدی و خدماتی بسیار مهم و سرنوشت ساز شده است. دیگر سیستمهای قدیمی جوابگوی نیازهای صنعت توسعه یافتة امروز نبوده و بکار بردن سیستمهایی که با دخالت مستقیم نیروی انسانی عمل می کنند، امری نامعقول می‌نمود. چرا که در این موارد دقت و سرعت عمل سیستم بسیار پایین و وابسته به نیروی کاربر است. بنابراین ماشین‌های هوشمند و نیمه هوشمند وارد بازار صنعت شدند. و بعد از مدتی آنچنان جای خود را پیدا کردند که علاوه بر زمینه‌های صنعتی در کارهای خدماتی نیز جایگاه ویژه‌ای یافتند. کنترل سیستمهای بسیار پیچیده‌ای که قبلاً غیرممکن بود براحتی انجام می‌گرفت. مکانیزه کردن سیستمها و ماشین آلات (اتوماسیون صنعتی) مقولة بسیار مهم و پرطرفداری شده و نیاز به آن هر روز بیشتر و بیشتر مشهود می‌شود.
اتوماسیون صنعتی در زمینه‌های بسیار گسترده‌ای کاربرد دارد از مکانیزه کردن یک ماشین بسیار سادة کنترل سطح گرفته تا مکانیزه نمودن چندین خط تولید و شبکه کردن آنها با هم. با نگاهی به محیط اطرافمان می‌توانیم نمونه‌های بسیار زیادی از کاربرد اتوماسیون را در اغلب زمینه‌ها پیدا کنیم. در اتوماسیون واحدهای مسکونی جدید، در شبکه‌های مخابراتی، در سیستمهای دفع فاضلاب، سیستم توزیع برق، کارخانجات مختلف و ... .
در یک سیستم اتوماسیون شده کنترل پروسه توسط ماشین انجام می‌شود و در این سیستمها دخالت انسان به حداقل و در برخی موارد به صفر رسیده است. سیستم با گرفتن سیگنالهای ورودی از قطعاتی نظیر سنسورهای تشخیص فشار، رنگ، سطح مایعات، قطعات فلزی، سنسورهای دما، میکرو سوئیچها، کلیدها و شستی ها، واسطهای کاربر با ماشین و... وضعیت موجود را حس کرده و بررسی می‌کند و سپس در مورد عکس العمل ماشین تصمیم گیری کرده و فرمانهای لازمه را به قطعات خروجی که تحت کنترل ماشین هستند اعمال می‌کند. با توجه به مواردی که ذکر شد می‌توان ساختار یک سیستم اتوماسیون را بدین صورت لیست نمود.
• قطعات ورودی شامل سنسورها، سوئیچ ها، و ... .
• قطعات خروجی مثل موتور، پمپ، شیر برقی، نشانگرها و ... .
• یک کنترلر داخلی با CPU برای پردازش داده‌ها و اجرای برنامة کنترلی سیستم و حافظه برای ذخیره نمودن برنامة کنترلی و اطلاعات دریافتی از قطعات ورودی.
• یک واسط بین کاربر و ماشین (Human Machine Interface) در مواردی که نیاز به انجام تنظیمات توسط کاربر داریم و یا می‌خواهیم یکسری اطلاعات و آلارمها را به اطلاع کاربر برسانیم .
توجه داشته باشید با بالا بردن سرعت و دقت کنترلر مورد استفاده در سیستم اتوماسیون شده و انتخاب درست آن بر طبق کاربردی که از آن انتظار داریم می‌توانیم امکانات و قابلیت‌های سیستم را بالاتر ببریم. بعنوان مثال در یک سیستم سادة کنترل سطح مخزن سرعت پاسخ گویی سیستم در حد چند ثانیه هم برای این کار کافی خواهد بود. اما در سیستمهای پیچیدة موقعیت یاب یا پردازش تصویر به سیستمهای بسیار سریعتر و دقیقتر احتیاج داریم و سرعت پاسخگویی در حد میکرو ثانیه برای ما لازم است.
بعنوان مثال در مواردی که نیاز به کنترل در یک محیط نامساعد داریم و استفاده از نیروی انسانی بسیار مشکل و یا غیرممکن است چه‌کار باید کرد. در محیط‌هایی با شرایط آب و هوایی بسیار بد و با مناطق جغرافیایی صعب العبور و یا در محیط هایی که آلودگی صوتی و یا آلودگی های شدید تنفسی دارند. در این موارد ایمن ترین و با صرفه ترین گزینه اتوماسیون کردن سیستمها و استفاده از ماشین بجای انسان است. اجرای کامل سیکل کنترلی، گرفتن گزارشات لازم در حین انجام عملیات کنترلی، قابلیت تغییر سیکل کاری و تعریف نمودن پارامترهای کنترلی، امکان انجام کنترل دستی در موارد اضطراری و... .
حال به مثال دیگری می‌پردازیم. حساب کنید در یک سیستم بسیار سادة بسته‌بندی محصولات غذایی برای بسته‌بندی هزار کیلو شکر در بسته‌های یک کیلویی به چند نفر و چقدر زمان احتیاج داریم. چند نفر برای وزن کردن محصول، چند نفر برای آماده‌سازی پکت ها، چند نفر برای پر کردن پکت ها و بسته‌بندی آن، زدن تاریخ مصرف و ... .
در این گونه سیستمها مشکلات زیادی وجود دارد که به برخی از آنها در زیر اشاره شده است.
• زیاد بودن تعداد نفراتی که در این قسمت کار می‌کنند.
• نیاز به محیط کاری بزرگتر تا بتوان از شلوغی ناشی از تعدد نیروی انسانی کاست.
• خستگی و دقت پایین افراد
• صرف زمان زیاد
• هزینة بسیار بالا
• بازدهی بسیار اندک
• کیفیت بسیار پایین محصولات
• ...
از این مثالها در صنعت بسیار زیاد بوده و شما هم می توانید صدها نمونة دیگر را مثال بزنید. به هر حال نتیجه‌ای که از آنها می‌گیریم اینست که نیاز به اتوماسیون یک نیاز غیر قابل اجتناب بوده و استفاده از آن روز به روز بیشتر خواهد شد. با استفاده از این نوع سیستمها لحظه به لحظه بر کیفیت محصولات و خدمات افزوده می‌شود و در نتیجه صنایعی را که از این سیستمها استفاده می‌کنند بی‌رقیب و قدرتمند می‌سازد.
امروزه در بین کشورهای صنعتی، رقابت فشرده و شدیدی در ارائه راهکارهایی برای کنترل بهتر فرآیندهای تولید، وجود دارد که مدیران و مسئولان صنایع در این کشورها را بر آن داشته است تا تجهیزاتی مورد استفاده قرار دهند که سرعت و دقت عمل بالایی داشته باشند. بیشتر این تجهیزات شامل سیستمهای استوار بر کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (Programmable Logic Controller) هستند. در بعضی موارد که لازم باشد می‌توان PLCها را با هم شبکه کرده و با یک کامپیوتر مرکزی مدیریت نمود تا بتوان کار کنترل سیستم های بسیار پیچیده را نیز با سرعت و دقت بسیار بالا و بدون نقص انجام داد.
قابلیت هایی از قبیل توانایی خواندن انواع ورودی ها (دیجیتال، آنالوگ، فرکانس بالا...)، توانایی انتقال فرمان به سیستم ها و قطعات خروجی (نظیر مانیتور های صنعتی، موتور، شیر‌برقی، ...) و همچنین امکانات اتصال به شبکه، ابعاد بسیار کوچک، سرعت پاسخگویی بسیار بالا، ایمنی، دقت و انعطاف پذیری زیاد این سیستم ها باعث شده که بتوان کنترل سیستم ها را در محدودة وسیعی انجام داد.
در سیستم های اتوماسیون وظیفة اصلی کنترل بر عهده PLC است که با گرفتن اطلاعات از طریق ترمینال های ورودی، وضعیت ماشین را حس کرده و نسبت به آن پاسخ مناسبی برای ماشین فراهم می‌کند. امکان تعریف مُد های مختلف برای ترمینالهای ورودی/خروجی یک PLC، این امکان را فراهم کرده تا بتوان PLC را مستقیماً به المانهای دیگر وصل کرد. علاوه بر این PLC شامل یک واحد پردازشگر مرکزی(CPU) نیز هست، که برنامة کنترلی مورد نظر را اجرا می‌کند. این کنترلر آنقدر قدرتمند است که می‌تواند هزارها I/O را در مُد های مختلف آنالوگ یا دیجیتال و همچنین هزارها تایمر/کانتر را کنترل نماید. همین امر باعث شده بتوان هر سیستمی، از سیستم کنترل ماشین هایی با چند I/O که کار ساده‌ای مثل تکرار یک سیکل کاری کوچک انجام می‌دهند گرفته تا سیستم های بسیار پیچیده تعیین موقعیت و مکان یابی را کنترل نمود. این سیستم می‌تواند بدون نیاز به سیم بندی و قطعات جانبی و فقط از طریق نوشتن چند خط برنامه تا صد ها تایمر را در آن واحد کنترل و استفاده نماید.
در یک سیستم اتوماسیون، PLC بعنوان قلب سیستم کنترلی عمل می‌کند. هنگام اجرای یک برنامة کنترلی که در حافظة آن ذخیره شده است، PLC همواره وضعیت سیستم را بررسی می‌کند. این کار را با گرفتن فیدبک از قطعات ورودی و سنسورها انجام می‌دهد. سپس این اطلاعات را به برنامة کنترلی خود منتقل می‌کند و نسبت به آن در مورد نحوة عملکرد ماشین تصمیم گیری می‌کند و در نهایت فرمانهای لازم را به قطعات و دستگاههای مربوطه ارسال می‌کند.
فهرست مطالب :
فصل 1 ساختار PLC 1
1-1- PLC 1
1-2- تفاوت PLC با کامپیوتر 5
1-3- کاربرد PLC در صنایع مختلف 7
1-4- سخت افزار PLC 9
1-4-1- مدول منبع تغذیه (PS) 10
1-4-2- واحد پردازش مرکزی (CPU) 11
1-4-3- حافظه (Memory) 11
1-4-4- ترمیتال ورودی (Input Module) 12
1-4-5- ترمینال خروجی (Output Module) 13
1-4-6- مدول ارتبط پروسسوری (CP) 14
1-4-7- مدول رابط (IM) 15
1-5- تصویر ورودی ها (PII) 16
1-6- تصویر خروجی ها (PIO) 17
1-7- فلگ ها،تایمر ها و شمارنده ها 17
1-8- انبارک یا اَکومولاتور (ACCUM) 19
1-9- گذرگاه عمومی ورودی/خروجی (I/O bus) 19
1-10- روشهای مختلف آدرس دهی 20
1-11- نرم افزار PLC 21
1-12- واحد برنامه ریزی(PG) 22
فصل 2 انواع سخت افزار 24
2-1- انواع PLC 24
2-2- انواع رابطهای برنامه نویسی (Programmers) 26
2-3- انواع حافظه 28
2-4- پاسخ زمانی PLC 33
فصل 3 وسایل ورودی و خروجی 34
3-1- انواع وسایل ورودی 34
3-1-1- سنسورهای تشخیص اشیاء 36
• لیمیت سوئیچ 36
• پروکسیمیتی سوئیچ (القایی، خازنی) 37
• سنسور اثر هال 39
• رید سوئیچ 39
• سنسور های نوری 39
3-1-2- سنسور های جابجایی 41
• LVDT 42
• اِنکدر 43
3-1-3- کرنش سنج (Strain Guage) 45
3-1-4- اندازه گیری فشار سیال 48
3-1-5- اندازه گیری سطح مایعات 52
3-1-6- اندازه گیری جریان عبوری سیال (دبی) 53
3-1-7- اندازه گیری دما 54
• RTD 54
• ترموکوپل 54
3-1-8- صفحه کلید 57
3-2- انواع وسایل خروجی 58
3-2-1- وسایل خروجی دیجیتال 58
• سولونوئید 59
• سیلندر تک کاره 63
• سیلندر دو کاره 63
3-2-2- وسایل خروجی آنالوگ 64
• شیر کنترل 64
فصل 4 مقاصد خاص در PLC 67
4-1- کارتهای شمارنده سریع 68
4-2- کارتهای ورودی/خروجی آنالوگ 69
4-2-1- مبدل آنالوگ به دیجیتال (A/D) 73
4-2-2- مبدل دیجیتال به آنالوگ (D/A) 76
فصل 5 شبکه های صنعتی 78
5-1- نحوة نمایش اطلاعات 78
5-2- نحوة ارسال اطلاعات 81
5-3- استاندارد های ارتباط سریال 82
5-3-1- استاندارد RS232 82
5-3-2- استاندارد RS422 89
5-3-3- استاندارد RS485 91
5-4- شبکه های اختصاصی سازندگان PLC 94
فصل 6 ساختار و نحوة عملکرد درایور های AC 98
6-1- استفاده از درایور و صرفه جویی 98
6-2- مزایای استفاده از کنترل کننده های دور موتور 101
6-3- ساختمان درایور AC 103
6-4- مبانی کنترل سرعت 106
6-5- کنترل کننده های دور مدرن 109
6-5-1- کلیات 109
6-5-2- ساختمان قسمت قدرت درایور های AC مدرن 112
• کنترل برداری 113
• جریان راه اندازی 115
6-6- قابلیت های پیرامونی درایور AC 115
6-7- مقایسة درایور های AC مدرن با درایور های متعارف 116
6-8- سیستمهای ورودی و خروجی 117
فصل 7 کنترل دور موتور AC توسط PLC و ساختار برنامه 118
7-1- کنترل دور موتور AC به صورت آنالوگ 118
7-2- مدول آنالوگ 119
7-3- نحوة کنترل سرعت موتور (کنترل دور) 122
7-4- شمارنده های سرعت بالا و نحوة برنامه ریزی آنها 127
7-5- برنامة نرم افزاری سیستم کنترل 131
• برنامة اصلی 132
• زیر برنامة صفر (CTRL_DIR) 133
• زیر برنامة یک (HSC_PROG) 139
• زیر برنامة دو (READ_VALUE) 141
• زیر برنامة سه (CULC_PROG) 142
• زیر برنامة چهار (OUT_AQW) 143
• زیر برنامة پنج (RUN_FID) 144
• زیر برنامة وقفة صفر (INT_0) 146
مراجع 149
ضمیمة الف – برنامه های نوشته شدة سیستم کنترلی 150
شامل 163 صفحه Word
دانلود تحقیق PLC