دانلود مقاله اصول و نحوه طراحی یک سیستم کنترلی با استفاده از یک PLC

اختصاصی از فی گوو دانلود مقاله اصول و نحوه طراحی یک سیستم کنترلی با استفاده از یک PLC دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

اتوماسیون صنعتی

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 نیمه‌هوشمند 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 ) مقوله 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 ا 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 سوییچ‌ها ، کلیدها و شستی‌ها ، واسط ‌های کاربر با ماشین و... وضعیت موجود را حس کرده و بررسی می‌کند و سپس در مورد عکس‌العمل ماشین تصمیم‌گیری 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 ، سوییچ‌ها ، ...
قطعات خروجی مثل موتور ، پمپ ، شیربرقی ، نشانگرها ...
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 ٱن 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 پاسخ‌گویی سیستم در حد چند ثانیه هم برای این کار کافی خواهد بود. اما در سیستم‌های پیچیدة موقعیت‌یاب 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 صعب‌العبور و یا در محیط‌هایی که آلودگی صوتی و یا آلودگی‌های شدید تنفسی دارند ...
در این موارد ایمن‌ترین و با صرفه‌ترین 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 پرکردن 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:
نقش PLC در اتوماسیون صنعتی

مقدمه
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 سیستم‌های بسیار پیچیده را نیز با سرعت و دقت بسیار بالا و بدون نقص انجام داد.
قابلیت‌هایی از قبیل توانایی خواندن انواع ورودی‌ها (دیجیتال ، آنالوگ ، فرکانس بالا...) ، توانایی انتقال فرمان به سیستم‌ها و قطعات خروجی ( نظیر مانیتورهای صنعتی ، موتور، شیر‌برقی ، ... ) و همچنین امکانات اتصال به شبکه ، ابعاد بسیار کوچک ، سرعت پاسخگویی بسیار بالا، ایمنی ، دقت و انعطاف پذیری زیاد این سیستم‌ها باعث شده که بتوان کنترل سیستم‌ها را در محدوده وسیعی انجام داد.
مفهوم کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی PLC
در سیستم‌های اتوماسیون وظیفه اصلی کنترل بر عهده PLC است که با گرفتن اطلاعات از طریق ترمینالهای ورودی، وضعیت ماشین را حس کرده و نسبت به آن پاسخ مناسبی برای ماشین فراهم می‌کند. امکان تعریف مدهای مختلف برای ترمینالهای ورودی/خروجی یک PLC، این امکان را فراهم کرده تا بتوان PLC را مستقیما به المانهای دیگر وصل کرد. علاوه بر این PLC شامل یک واحد پردازشگر مرکزی( CPU) نیز هست، که برنامه کنترلی مورد نظر را اجرا می‌کند. این کنترلر آنقدر قدرتمند است که می‌تواند هزارها I/O را در مدهای مختلف آنالوگ یا دیجیتال و همچنین هزارها تایمر/ کانتر را کنترل نماید. همین امر باعث شده بتوان هر سیستمی، از سیستم کنترل ماشین‌هایی با چند I/O که کار ساده‌ای مثل تکرار یک سیکل کاری کوچک انجام می‌دهند گرفته تا سیستم‌های بسیار پیچیده تعیین موقعیت و مکان‌یابی را کنترل نمود. این سیستم می‌تواند بدون نیاز به سیم‌بندی و قطعات جانبی و فقط از طریق نوشتن چند خط برنامه تا صدها تایمر را در آن واحد کنترل و استفاده نماید.
زمان پاسخ‌گویی Scan Time
این زمان بستگی به سرعت پردازش CPU مدل انتخاب شده PLC و طول برنامه کاربر دارد. از یک میکرو‌ثانیه تا ده میلی ثانیه می‌باشد. مثلا در مواقعی که I/O از سیستم اصلی دور باشد، چون مجبور به نقل و انتقال سیگنالها به سیستم دورتری هستیم در نتیجه زمان اسکن زیاد می‌شود. همچنین مانیتور کردن برنامه کنترلی اغلب به زمان اسکن می‌افزاید چرا که CPU کنترلر مجبور است وضعیت کنتاکتها، رله‌ها ، تایمر‌ها و... را روی CRT یا هر وسیله نمایشگر دیگری بفرستد.
قطعات ورودی
هوشمند بودن سیستم اتوماسیون بیشتر مربوط به توانایی PLC در خواندن سیگنالهای ارسالی از انواع ورودی‌ها، دستی، اتوماتیک و حس‌گرهای خودکار می‌باشد. قطعات ورودی نظیر شستی‌های استارت/ استوپ ، سوییچ‌ها، میکرو‌سوییچ‌ها، سنسورهای فتوالکتریک، proximity ، level sensor ، ترموکوپل، PT100 و... PLC از این سنسورها برای انجام عملیاتی نظیر تشخیص قطعه روی نوار نقاله حامل قطعات، تشخیص رنگ، تشخیص سطح مایعات داخل مخزن، آگاهی داشتن از مکانیزم حرکت و موقعیت جسم، تست کردن فشار مخازن و بسیاری موارد دیگر، استفاده می‌کند.
سیگنالهای ورودی یا دیجیتال هستند و یا آنالوگ، که در هر صورت ورودی‌های PLC را توان در مدهای مختلف تنظیم و مورد استفاده قرار داد.
نقش کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (PLC) در اتوماسیون صنعتی
در یک سیستم اتوماسیون، PLC بعنوان قلب سیستم کنترلی عمل می‌کند. هنگام اجرای یک برنامه کنترلی که در حافظه 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 برنامه کنترلی خود منتقل می‌کند و نسبت به آن در مورد نحوه عملکرد ماشین تصمیم‌گیری می‌کند و در نهایت فرمانهای لازم را به قطعات و دستگاههای مربوطه ارسال می‌کند.
مقایسه تابلوهای کنترل معمولی با تابلوهای کنترلی مبتنی بر PLC
امروزه تابلوهای کنترل معمولی ( رله‌ای ) خیلی کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. چرا که معایب زیادی دارند. از آنجا که این نوع تابلوها با رله‌های الکترو‌مکانیکی کنترل می‌شوند، وزن بیشتری پیدا می‌کنند، سیم‌کشی تابلو کار بسیار زیادی می‌طلبد و سیستم را بسیار پیچیده می‌کند. در نتیجه عیب‌یابی و رفع مشکل آن بسیار پرزحمت بوده و برای اعمال تغییرات لازم در هر سال و یا بروز کردن سیستم بایستی ماشین را بمدت طولانی متوقف نمود که این امر مقرون به صرفه نخواهد بود. ضمنا توان مصرفی این تابلوها بسیار زیاد است.
با بوجود آمدن PLC، مفهوم کنترل و طراحی سیستم‌های کنترلی بطور بسیار چشمگیری پیشرفت کرده است و استفاده از این کنترلر‌ها مزایای بسیار زیادی دارد. که به برخی از این موارد در زیر اشاره کرده‌ایم. که با مطالعه آن می‌توان به وجه تمایز PLC با سایر سیستم‌های کنترلی پی برد:
سیم بندی سیستم‌های جدید در مقایسه با سیستم‌های کنترل رله‌ای تا 80٪ کاهش می‌یابد.
از آنجاییکه PLC توان بسیار کمی مصرف می‌کند، توان مصرفی بشدت کاهش پیدا خواهد کرد.
توابع عیب یاب داخلی سیستم PLC ، تشخیص و عیب‌یابی سیستم را بسیار سریع و راحت می‌کند.
برعکس سیستم‌های قدیمی در سیستم‌های کنترلی جدید اگر نیاز به تغییر در نحوه کنترل یا ترتیب مراحل آن داشته باشیم، بدون نیاز به تغییر سیم‌بندی و تنها با نوشتن چند خط برنامه این کار را انجام می‌دهیم. در نتیجه وقت و هزینه بسیار بسیار اندکی صرف انجام اینکار خواهد شد.
در مقایسه با تابلو‌های قدیمی در سیستم‌های مبتنی بر PLC نیاز به قطعات کمکی از قبیل رله ، کانتر، تایمر، مبدل‌های A/D و D/A و... بسیار کمتر شده است. همین امر نیز باعث شده در سیستم‌های جدید از سیم‌بندی، پیچیدگی و وزن تابلو‌ها به نحو چشمگیری کاسته شود.
از آنجاییکه سرعت عملکرد و پاسخ‌دهی PLC در حدود میکرو‌ثانیه و نهایتا میلی ثانیه است، لذا زمان لازم برای انجام هر سیکل کاری ماشین بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش یافته و این امر باعث افزایش میزان تولید و بالا رفتن بازدهی دستگاه می‌شود.
ضریب اطمینان و درجه حفاظت این سیستم‌ها بسیار بالا تر از ماشین‌های رله‌ای است.
وقتی توابع کنترل پیچیده‌تر و تعداد I/O ها خیلی زیاد باشد، جایگزین کردن PLC بسیار کم ‌هزینه‌تر و راحت‌تر خواهد بود.
اصول و نحوه طراحی یک سیستم کنترلی با استفاده از یک PLC
مفهوم کنترل کردن یک پروسه، کاری بسیار ساده و آسان است و انجام اصولی موارد زیر را می‌طلبد:
مشخص کردن ترتیب کار ماشین
عملیات سیستم کنترلی توسط المانهای ورودی تعیین می‌شود، بسته به شرایط موجود یک سیگنال به PLC فرستاده می‌شود. در پاسخ، کنترلر بر طبق برنامه کنترلی که در حافظه خود دارد سیگنالی به ترمینالهای خروجی، که کار دستگاه را کنترل می‌کنند، می‌فرستد و به این ترتیب عمل کنترلی خواسته شده، انجام می‌شود. قبل از نوشتن برنامه باید فلوچارت ترتیب و توالی عملیات را رسم کنید.
انتخاب مدل PLC
با بررسی سیکل کاری پروسه‌ای که می‌خواهیم کنترل کنیم، مشخص کردن تعداد و نوع Input/Output های سیستم و با توجه به دقت مورد نیاز، PLC مناسب را انتخاب می‌کنیم. در مورد انتخاب یک PLC بایستی مشخصه‌های زیر را تعیین کنیم:
تعداد ورودی‌ها
کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر (PLC)
کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر عبارتند از: یک سیستم الکترونیکی دیجیتال که با استفاده از حافظه های برنامه پذیر می تواند دستورات مشخصی را ضبط نمایند. PLC به منظور پیاده سازی دستورات و توابع مشخصی بر روی ماشینها و فرآیند های صنعتی استفاده می شود. سیستم های PLC با توجه به نیاز به کنترل کننده های ارزان قیمت و انعطاف پذیر بوجود آمدند. درابتدا PLC ها به منظور جایگزینی کنترل کننده های رله ای طراحی و ساخته شدند . در PLC کنترل فرایندها با نوشتن برنامه های مناسب انجام می گیرد. PLC ها مبتنی بر میکروپروسسور هستند و با داشتن اجزایی مانند زمان سنج، شمارندهو ثبات انتقالی کنترل فرایند های پیچیده را اسان می سازند این کنترل کننده ها مدارهای واسطه استانداری دارند،‌(ورودی و خروجی) به طوری که اتصال مستقیم آنها به فرایند تولید میسر است با استفاده از PLC می توان بدون جدا کردن کنترل کننده از فرایند ،‌برنامه کنترلی آن را تغییر دهد. نصب و راه اندازی سیستماهی PLC در مقایسه با کنترل کننده های رله ای به زمان بسیار کمتری نیاز دارد. اختلاف اصلی PLC با یک میکرو کامپیوتر عبارت است از:
در PLC برنامه های استفاده شده در فرآیندها و ماشین آلات بیشتر به صورت اجرای منطق مشخصی از یک سری فرامین که به صورت قطع و وصل و سوئیچ می باشد . مدارات ارتباطی با سنسورها و عملگرهای سخت افزاری خارجی در داخل خود کنترل کننده و به صورت یکپارچه ساخته شده است. PLC به صورت کاملا صنعتی و قابل اطمینان جهت استفاده در محیطهای صنعتی با شرایط محیطی دارای ارتعاش ، نویز، حرارت و رطوبت ساخته شده است.
مهمترین مزایای استفاده از PLC :
ü استفاده از PLC حجم تابلوهای فرمان را کاهش میدهد.
ü استفاده از PLC مخصوصا در فرایندهای پیچیده موجب صرفه جویی در وقت و هزینه می گردد.
ü PLC استهلاک مکانیکی ندارد، بنابر این علاوه بر طول عمر بیشتر نیازی به سرویس و تعمیرات دوره ای ندارد.
ü مصرف انرِژی PLC بسیار کمتر از مدارهای رله ای است.
ü PLC نویزهای صوتی و الکتریکی ایجاد نمی کند.
ü عیب یابی مدارت کنترل و فرمان با PLC به سهولت انحام می شود و معمولا PLC خود دارای برنامه عیب یابی می باشد.
معمولا یک ولتاژ 24 ولت از ورودی اصلی برق PLC ایجاد گردیده و برای اتصال الکتریکی ورودی ها استفاده می شود . سویئچها یا سنسورهای باینری خارجی می تواند به ورودی های PLC متصل گردیده و همانطور که بیان شد این سوئیچ ها می تواند به صورت باز یا بسته باشند . در صورتی که PLC روشن باشد خروجیهای PLC براساس منطق برنامه پذیری شده در PLC و وضعیت ورودیهای آن روشن یا خاموش می گردند. بارهای خارجی توسط رله ،‌ترانزیستور یا ترایاک با توجه به قدرت مورد نیاز توسط بورد هایی که در داخل PLC تعیین شده اند روشن یا خاموش می گردند . برای بارهائی که قدرت زیادی لازم دارند از یک طبقه مدار قدرت به علاوه مدار فمران PLC استفاده می گردد. ورودی و خروجی های PLC توسط شماره هائی که موقعیت پورت آن را نمایش می دهد مشخص می شودند . سازنده های مختلف شماره گذاریهای مختلفی به کار می برند البته ویژگی های مشترکی نیز در آنها وجود دارد معمولا شماره ها بصورت باینری و با ضرایب چهار یا پنج بیتی می باشند مثلاً شرکتهای TI(Texas Instruments) و شرکت میتسوبیوشی (Mitsubishi) از سمبل X برای وردی و از Y برای نمایش خروجی استفاده می کنندمثال:
X410-X413 , X400-X407
X510-X513 , X500-X507
Y430-Y437
Y530-Y537
منطق برنامه ریزی در PLC به معنای انست که فرایندهایی که توسط PLC کنترل می شوند دارای سنسورها و عملگرهایی هستند که دارای دوضعیت ،‌خاموش یا روشن می باشند.
در منطق دیجیتال سه نوع عملیات اصلی وجود دارد.NOT,OR,AND
1- عملگر AND: همانند کلید های سری در مدار های الکتریکی تعریف می گردد. به عبارت دیگر در این عملگر تنها زمانی خروجی داریم که تمام متغیرهای موجود دارای ارزش یک باشند.
2- عملگرOR: همانند کلید های موازی درمدارات الکتریکی تعریف می گردد. در این عملگر زمانی خروجی خواهیم داشت که حداقل یک ورودی یک داشته باشیم .
3- عملگر NOT: یک عملگر تک ورودی است که خروجی آن مکمل ورودی است وبه عبارت دیگر هرگاه ورودی یک باشد آنگاه خروجی صفر خواهد بود و بالعکس .
سایر عملگر های منطقی پایه با استفاده از این سه عملگر اصلی ساخته می شوند که در جدول زیر به آنها اشاره می کنم:
کنترل کننده های برنامه پذیر (PLC)
مبانی کنترل کننده های PLC
کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر عبارتند از: یک سیستم الکترونیکی دیجیتال که با استفاده از حافظه های برنامه پذیر می تواند دستورات مشخصی را ضبط نمایند. PLC به منظور پیاده سازی دستورات و توابع مشخصی بر روی ماشینها و فرآیند های صنعتی استفاده می شود. سیستم های PLC با توجه به نیاز به کنترل کننده های ارزان قیمت و انعطاف پذیر بوجود آمدند. درابتدا PLC ها به منظور جایگزینی کنترل کننده های رله ای طراحی و ساخته شدند . در PLC کنترل فرایندها با نوشتن برنامه های مناسب انجام می گیرد.

PLC ها مبتنی بر میکروپروسسور هستند و با داشتن اجزایی مانند زمان سنج، شمارندهو ثبات انتقالی کنترل فرایند های پیچیده را آسان می سازند این کنترل کننده ها مدارهای واسطه استانداری دارند،‌(ورودی و خروجی) به طوری که اتصال مستقیم آنها به فرایند تولید میسر است با استفاده از PLC می توان بدون جدا کردن کنترل کننده از فرایند ، ‌برنامه کنترلی آن را تغییر دهد. نصب و راه اندازی سیستمهای PLC در مقایسه با

کنترل کننده های رله ای به زمان بسیار کمتری نیاز دارد. اختلاف اصلی PLC با یک میکرو کامپیوتر عبارت است از:
در PLC برنامه های استفاده شده در فرآیندها و ماشین آلات بیشتر به صورت اجرای منطق مشخصی از یک سری فرامین که به صورت قطع و وصل و سوئیچ می باشد . مدارات ارتباطی با سنسورها و عملگرهای سخت افزاری خارجی در داخل خود کنترل کننده و به صورت یکپارچه

ساخته شده است. PLC به صورت کاملا صنعتی و قابل اطمینان جهت استفاده در محیطهای صنعتی با شرایط محیطی دارای ارتعاش ، نویز، حرارت و رطوبت ساخته شده است.
مهمترین مزایای استفاده از PLC :

• استفاده از PLC حجم تابلوهای فرمان را کاهش میدهد.
• استفاده از PLC مخصوصا در فرایندهای پیچیده موجب صرفه جویی در وقت و هزینه می گردد.
• PLC استهلاک مکانیکی ندارد، بنابر این علاوه بر طول عمر بیشتر نیازی به سرویس و تعمیرات دوره ای ندارد.
• مصرف انرِژی PLC بسیار کمتر از مدارهای رله ای است.
• PLC نویزهای صوتی و الکتریکی ایجاد نمی کند.
• طراحی و اجرای مدارهای منطقی با PLC بسیار آسان و سریع است.
• ایجاد تغییرات و تنظیمات در PLCآسان و سریع است.
• عیب یابی مدارت کنترل و فرمان با PLC به سهولت انحام می شود و معمولا PLCخود دارای برنامه عیب یابی می باشد.
• اتصالات ورودی – خروجی و سطوح سیگنال استاندارد دارند.
معمولا یک ولتاژ 24 ولت از ورودی اصلی برق PLC ایجاد گردیده و برای اتصال الکتریکی ورودی ها استفاده می شود . سویئچها یا سنسورهای باینری خارجی می تواند به ورودی های PLC متصل گردیده و همانطور که بیان شد این سوئیچ ها می تواند به صورت باز یا بسته باشند .
در صورتی که PLC روشن باشد خروجیهای PLC براساس منطق برنامه پذیری شده در PLC و وضعیت ورودیهای آن روشن یا خاموش می گردند. بارهای خارجی توسط رله ،‌ ترانزیستور یا ترایاک با توجه به قدرت مورد نیاز توسط بورد هایی که در داخل PLC تعیین شده اند روشن یا خاموش می گردند . برای بارهائی که قدرت زیادی لازم دارند از یک طبقه مدار قدرت به علاوه مدار فران PLC استفاده می گردد. ورودی و خروجی های PLC توسط شماره هائی که موقعیت پورت آن را نمایش می دهد مشخص می شوند .
سازنده های مختلف شماره گذاریهای مختلفی به کار می برند البته ویژگی های مشترکی نیز در آنها وجود دارد معمولا شماره ها بصورت باینری و با ضرایب چهار یا پنج بیتی می باشند .
مثلاً شرکتهای (TI) Texas Instrumentsو شرکت میتسوبیوشی (Mitsubishi) از سمبل X برای وردی و از Y برای نمایش خروجی استفاده می کنند.
منطق برنامه ریزی در PLC به معنای آنست که فرایندهایی که توسط PLC کنترل می شوند دارای سنسورها و عملگرهایی هستند که دارای دوضعیت ،‌ خاموش یا روشن می باشند.
شماتیک کلی PLC ها
ساختمان داخلی یک PLC کم بیش مانند ساختمان داخلی هر سیستم ریز پردازنده دیگر است نحوه کار PLC در ابتدای راه اندازی ، مانند هر سیستم مبتنی بر پردازنده ، ‌در PLC نیز برنامه سیستمی اجرا می گردد . پس از اجرای برنامه سیستمی و چک شدن سخت افزار، ‌در صورتی که شرایط لازم برای ورود به حالت اجرا (RUN) فراهم باشد ،‌برنامه کاربر فراخوانده می شود و برای اجرای برنامه کاربر ابتدا تمام ورودی های PLC بطور یکجا فرا خوانده می شود و وضعیت آنها (صفر-یک) در مکانی به نام تصویر ورودی (Input-image-Area) نوشته می شود. PLC در خلال اولین scan برنامه ، از داده های تصویر ورودی استفاده می نماید توجه کنید در صورتی که در طول اولین scan ، ‌تغییراتی در ورودی ها حاصل شود،‌این تغییرات تا scan بعدی به مکان تصویر ورودی ها انتقال نمی یابد. PLC ضمن scan برنامه کاربر نتایج حاصل را در مکانی به نام تصویر خروجی (Output-image-Area) می نویسد و بعد از اجرای کامل برنامه و در پایان،‌نتایج را بطور یکجا به خروجی ها ارسال می دارد. خواندن یکجای ورودی ها و ارسال یکجای خروجی ها ،‌ صرفه جویی قابل توجه ای در زمان بدنبال دارد زیرا خواندن یا نوشتن با آدرس دهی یک به یک زمان زیادی را به خود اختصاص می دهد . از جمله مزایای دسترسی به مکانهای تصویر خروجی یا ورودی آن است که امکان Set یا Reset نمودن هر یک از بیت های ورودی یا خروجی را مستقل از وضعیت فیزیکی آنها فراهم می نماید و این کار مزیت بزرگی به هنگام عیب یابی یک برنامه نوشته شده محسوب می شود. روش فوق در عین مزایایی که ذکر گردید ،‌ مسئله ای بنام زمان پاسخ دهی برنامه را بوجود می آمورد . زمان پاسخ دهی مدت زمانی است که طول می کشد تا PLC تمام برنامه کاربر را scan نماید و در این مدت تغییرات بوجود آمده در ورودی ها وارد مکان تصویر ورودی نمی گردد و خروجی ها نیز به حالتی که در scan قبلی بودند باقی می ماند این امر در فرایندهایی با سرعت تغییرات بالا مشکل آفرین خواهد بود مخصوصاً زمانی که برنامه کاربر طولانی باشد مدت زمان زیادی صرف scan برنامه می گردد همچنین گاهی ملاحظات ایمنی لازم می دارد که تغییرات آنی بعضی از ورودی ها همواره مورد توجه قرار گیرد که در این صورت زمان پاسخ دهی ممکن است مانع از ثبت به موقع این تغییرات شود . برای حل این مشکل در زبان های برنامه نویسی دستورات خاصی گنجاده شده است. با توجه به سرعت بالای PLC های امروزی وکندی فرآِیند هایی که توسط آن کنترل می گردند زمان پاسخ دهی در شرایط عادی معمولاً مشکلی ایجاد نمی کند.البته ناگفته نماند مانیتور کردن برنامه کنترلی اغلب به زمان اسکن می‌افزاید چرا که CPU کنترلر مجبور است وضعیت کنتاکتها، رله‌ها ، تایمر‌ها و... را روی CRT یا هر وسیله نمایشگر دیگری بفرستد.
. این سیستم می‌تواند بدون نیاز به سیم‌بندی و قطعات جانبی و فقط از طریق نوشتن چند خط برنامه تا صدها تایمر را در آن واحد کنترل و استفاده نماید
قطعات ورودی
هوشمند بودن سیستم اتوماسیون بیشتر مربوط به توانایی PLC در خواندن سیگنالهای ارسالی از انواع ورودی‌های دستی، اتوماتیک و حس‌گرهای خودکار می‌باشد. قطعات ورودی نظیر شستی‌های استارت/ استاپ ، سوییچ‌ها، میکرو‌سوییچ‌ها، سنسورهای فتوالکتریک، proximity ، level sensor ، ترموکوپل، PT100 و... PLC از این سنسورها برای انجام عملیاتی نظیر تشخیص قطعه روی نوار نقاله حامل قطعات، تشخیص رنگ، تشخیص سطح مایعات داخل مخزن، آگاهی داشتن از مکانیزم حرکت و موقعیت جسم، تست کردن فشار مخازن و بسیاری موارد دیگر، استفاده می‌کند.سیگنالهای ورودی یا دیجیتال هستند و یا آنالوگ، که در هر صورت ورودی‌های PLC را می توان در مدهای مختلف تنظیم و مورد استفاده قرار داد.
قطعات خروجی
همانطوری که می‌دانید یک سیستم اتوماسیون شده بدون داشتن قابلیت اتصال به قطعات خروجی از قبیل سیم‌پیچ، موتور، اینورتر، شیربرقی ، هیتر و ... کامل نخواهد بود.
قطعت خروجی نحوه عملکرد سیستم را نشان می‌دهند و مستقیما تحت تاثیر اجرای برنامه کنترلی سیستم هستند در خروجی‌های PLC نیز مدهای مختلفی برای اعمال سیگنال به المانهای خروجی وجود دارد. که در این میان رله ها به عنوان نقش واسط بین PLC و المانهای خروجی عمل میکنند.
جایگاه کنترل کننده های برنامه پذیر در صنعت
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 سیستم‌های بسیار پیچیده را نیز با سرعت و دقت بسیار بالا و بدون نقص انجام داد. قابلیت‌هایی از قبیل توانایی خواندن انواع ورودی‌ها (دیجیتال ، آنالوگ ، فرکانس بالا...) ، توانایی انتقال فرمان به سیستم‌ها و قطعات خروجی ( نظیر مانیتورهای صنعتی ، موتور، شیر‌برقی ، ... ) و همچنین امکانات اتصال به شبکه ، ابعاد بسیار کوچک ، سرعت پاسخگویی بسیار بالا، ایمنی ، دقت و انعطاف پذیری زیاد این سیستم‌ها باعث شده که بتوان کنترل سیستم‌ها را در محدوده وسیعی انجام داد.
در کشور ما نیز به دلیل وجود پتانسیل های بزرگ صنعتی استفاده گسترده ای از این سیستمها در صنایع مختلف به خصوص صنایع مادر مانند: نفت ، گاز و پتروشیمی می شود. وبه جرات می توان گفت کنترل کننده ها جز لاینفک صنایع موفق کشور به حساب می آیند. تاثیری که PLC ها بر کیفیت ، کمیت و مدیریت تولیدات می گذارند ، در سالهای اخیر اکثر کارخانجات و صنایع مهم کشور را وارد یک رقابت گسترده برای مجهز شدن به این سیستمها کرده است .
در حال حاضر صنعت کشور نیازمند نگرشی نوین در امر کنترل است.روشهای قدیمی باعث کاهش بهره وری و افت کیفیت شده است به همین دلیل برای رشد کیفیت و سرعت و دقت در تولید نیاز به سیستمهای جدیدی است که بصورت مکانیزه امر کنترل را بعهده بگیرد.یکی از این سیستمها کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر یا PLC می باشد.
نبود هماهنگی مناسب بین صنعت و دانشگاه ، کمبود فضاها و امکانات آموزشی ، سنتی بودن صنایع و نداشتن حمایتهای مالی مناسب برای تغییر سیستمها ، تحریمهای اقتصادی و... باعث شده است تا فاصله زیادی با کشورهای صنعتی دنیا داشته باشیم.
اما آنچه مهم است اینکه امروزه اهمیت یادگیری و به کارگیری این سیستمها در بین دانشجویان و مهندسان برق بیش از پیش گردیده است. و فرصتهای آموزشی مناسبی نیز ایجاد گردیده است.
تولید کنندگان بزرگ PLC در جهان
ازمهمترین شرکتهای تولید کننده PLC میتوان شرکت MITSUBISHI,AEG,OMRON,SIEMENS را نام برد یکی از قویترین این شرکتها که در صنعت کشور ما نیز حرف اول را می زند شرکت SIEMENS است که محصولات بسیار متنوعی را در دهه اخیر به بازار عرضه کرده است. در این مقاله سعی شده است اندکی راجع به سیستمهای نام آشنای SIEMENS نگاشته شود.
در طبقه بندی محصولات زیمنس PLC ها در زیر مجموعه محصولات SIMATIC قرار می گیرند. برخی از آنها به صورت COMPACT طراحی و ساخته شده اند به این معنا که مبنع تغذیه و CPU و مدولهای ورودی و خروجی بصورت یکپارچه در کنار هم به یکدیگر متصل هستند و یک واحد تلقی می شود. برخی دیگر به صورت مدولار(MODULAR) هستند که بر خلاف نوع COMPACT کاربر می تواند مدولهای دلخواه از آن خانواده را بسته به نیاز خود انتخاب و در کنار هم گردآورد.
PLCهای زیمنس به طور کلی در 5 گروه تقسیم می شوند:
simatic S5 -1
2- Simatic S7
3- LOGO
4- Simatic C7
5- Simatic 505
SIMATIC S5
کنترل کننده SIMATIC S7 که یکی از کنترل کننده های نسبتا قدیمی است در انواع مختلف مثل S5-90U یا S5-95U بصورت (COMPACT) بوده و حوزه عملکرد مخصوص دارند اما انواع دیگری مثل S5-100U یا S5-115U بصورت مدولار بوده و برای کنترلهای وسیع تر استفاده می شود که ورودی و خروجی های بیشتری دارند و می توانند عملیات منطقی بیشتری را انجام بدهند.
در S5 می توان PLC هایی را استفاده کرد مثل S5-135U یا S5-155U که بتوانند حوزه عملکرد بسیار وسیعی داشته باشند.
نوع PLC S5 در تمام انواع آنرا که ذکر شد می توان توسط نرم افزار STEP 5 برنامه نویسی یا PROGRAM کرد.
SIMATIC S7
این PLC ها بعد از S5 عرضه شده اند و خود به سه خانواده مختلف تقسیم می شود:
S7-200 به صورت COMPACT است و برای سیستمای کنترلی کوچک به کار می رود.
S7-300 که خود به سه نوع S7-300C ,S7-300Fو S7-300 تقسیم می شود. بصورت MODULAR است و عملکرد متوسط دارد.
S7-400 که خود به سه نوع S7-400 , S7-400H , S7-400FHتقسیم می شود MODULAR است ولی می تواند حوزه عملکرد وسیع داشته باشد.
این plc ها با نرم افزار STEP7 برنامه نویسی و پیکر بندی می شوند
LOGO
LOGO کنترل کننده ساده وارزان قیمتی است که برای کنترل های کوچک مثل ساختمان و دستگاه های کوچک و دربرخی موارد آموزشی کاربرد دارد.این PLC هم COMPACT است و برنامه ریزی آن توسط کلید های روی آن انجام می شود. البته می توان برای ورودی یا خروجی های بیشتر از اسلاتهای اضافی که در بازار وجود دارد استفاده کرد.
برای برنامه نویسی این PLC از نرم افزار logo!soft comfort استفاده می شود.
Simatic c7
ترکیبی از S7-300 وoperator control است و علاوه بر اینکه کار کنترلی را انجام می دهد بر روی نمایشگر آن می توان پیغام ها و رخداد ها و مقادیر مربوط به فرآیند را دید و اعمال را نیز می توان توسط صفحه کلید روی آن اعمال نمود.
C7 به صورت compact بوده و انواع مختلفی دارد که توانایی های متفاوتی دارند. برای برنامه نویسی این PLC باید علاوه بر نرم افزار STEP7 نرم افزار PROTOOL نیز روی کامپیوتر نصب شود.
Simatic 505
سری 505 که خود انواع مختلفی دارد برای کاربرد در حوزه های کوچک و متوسط طراحی شده است و همه اعضای این خانواده به صورت COMPACT عرضه می شوند و برنامه نویسی آنها با نرم افزار TISOFT انجام می گیرد .

SIMATIC MANAGER نرم افزار قدرتمند کنترل کننده های SIEMENS
آنچه مسلم است همیشه در کنار یک سخت افزار قوی وجود نرم افزاری قدرتمند و منحصر به فرد الزامی است. واین از دید طراحان شرکت زیمنس دور نمانده است.
وجود رقبای بزرگ و مصرف کننده های قدرتمند این شرکت را بر آنداشته است که روز به روز بر تعداد تولیدات متنوع خود بیفزاید و برای تثبیت جایگاه خود در این صنعت ، نرم افزاری را روانه بازار کند که بی شک در نوع خود بی نظیر است.
نرم افزار SIMATIC MANAGER برای برنامه ریزی PLC های خانوادهSIMATIC طراحی شده است. در نگاه اول این نرم افزار را به دو دسته تقسیم می کنیم:
1- STEP7-MICROWIN که برای PLC های S7-200 بکار می رود.
2- STEP7 که برای S7-400,S7-300 و همچنین C7 بکار می رود.
مورد دوم یعنی STEP7 نسخه های مختلفی دارد که آخرین آنها نسخه STEP7 V5.4 است که اخیرا عرضه شده است.
به طور کلی این این نرم افزار قادر به انجام امور زیر روی کنترل کننده ها و متعلقات آنها می باشد:
پیکر بندی سخت افزار و و تنظیم پارامترهای آن ( عملیات پیکر بندی سخت افزار حتی در مد کاری RUN نیز امکانپذیر است)
پیکر بندی و تنظیم ارتباطات شبکه
برنامه نویسی
تست ، راه اندازی و عیب یابی
STEP7 MINI ,STEP7 LITE
ایندو نسخه هایی از STEP7 هستند که نسبت به STEP7 پایه V5.3) یا (V5.4 امکانات کمتری در آنها وجود دارد و برای کارهای نسبتا ساده تر طراحی شده اند. به عنوان مثال نسخه :LITE
فقط برای S7-300 و C7 قابل استفاده است.
برنامه نویسی فقط به سه زبان LAD,STLوFBD امکانپذیر است.
ارتباط با شبکه را پشتیبانی نمی کند.
STEP7 PROFFESIONAL
در این نسخه علاوه بر STEP7 V5.4 پکیج های دیگری که قبلا بصورت OPTIONAL عرضه می شدند یکجا ارائه شده اند که عبارتند از:
• S7-PLCSIM سیمولاتور نرم افزاری است.
• S7-PDIAG برای تشخیص عیب به کار می رود.
• S7-GRAPH برای برنامه نویسی به صورت SFC به کار میرود.
• S7-SCL برای برنامه نویسی به صورت ST به کار می رود.
به زودی در این وبلاگ آموزش نرم افزار S7 خواهیم داشت دوستانی که توانایی همکاری در این زمینه را دارند با ما تماس بگیرند.
پروژه های شما دارد متاسفانه از گرافیک نسبتا ضعیفی برخوردار است. این مساله مخصوصا برای آندسته از کاربرانی که قبلا با محیط گرافیکی AUTOCAD کار کرده اند نگران کننده بوده است.اما باید بگویم EPLAN نرم افزاری گرافیکی نیست و مسلما این تفکر درستی نیست که همه ابزارهای گسترده گرافیکی که در AUTOCAD وجود دارد را در EPLAN جستجو کنیم. از طرفی نقاط قوت بسیاری در این نرم افزار واقعا منحصر به فرد وجود دارد که به جرات می توان گفت در هیچ نرم افزار مشابهی وجود ندارد. مسلما همه آنهایی که تا حدودی با EPLAN آشنایی دارند می دانند که آنچه قبلا AUTOCAD برای ما انجام می داد فقط یک نقاشی بود نه چیز دیگری!!!
اگر قصد ترسیم یک نقشه الکتریکال در AUTOCAD داشته یاشیم برای ایجاد ارتباط الکتریکی بین المانهای مختلف از ابزار “LINE” استفاده میکنیم یعنی همان چیزی که برای ترسیم شمای فنی یک قطعه از آن به عنوان خط استفاده می کنیم. پس می بینید که در اتوکد اصولا چیزی به عنوان WIRE نداریم.

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله  32  صفحه

پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید