انتخاب PLC مناسب و معرفی ۸ عامل موثر در انتخاب آن

 PLC چیست؟ عوامل موثر در انتخاب PLC

در مقاله «مزایای اتوماسیون صنعتی» دیدیم که اتوماسیون شدن کارخانه‌ها چقدر در تولید و سطح درآمد آن‌ها تاثیرگذار است. وقتی از اتوماسیون صنعتی صحبت می‌کنیم، ذهن‌ها به سمت تجهیز ارزشمندی به نام PLC یا Programmable Logic Controller می‌رود. PLC مشهورترین کنترل‌کننده صنعتی است. اگر با این کنترلر آشنا نیستید، مقاله «PLC چیست؟ مزایا و انواع مختلف PLC» را بخوانید. PLC به همان اندازه که کارآمد و مفید است، چالش‌هایی هم دارد.

یکی از چالش‌ها، انتخاب PLC مناسب از بین هزاران نوع آن است. برای پاسخ به این چالش، باید پارامترهای گوناگونی را بشناسید که در انتخاب PLC موثر هستند. در ادامه مهم‌ترین پارامترهای تاثیرگذار در این انتخاب را بررسی می‌کنیم.

شکل ۱- PLC

فلسفه کنترلی یا شرایط پروژه

فلسفه کنترلی یا شرایط پروژه، همان انتظارات کارفرما است. سیستم پمپاژ آب یک ساختمان ۱۰۰ واحدی را در نظر بگیرید. در ساعت‌های مشخصی از روز، مصرف آب ساختمان افزایش پیدا می‌کند. یک فلومتر (Flow meter) در خروجی پمپ نصب شده است و به طور پیوسته دبی خط را اندازه‌گیری می‌کند.

اگر مقدار اندازه‌گیری شده دبی (خروجی فلومتر) از مقدار آستانه (تنظیم شده) بیشتر شود، PLC با توجه به برنامه‌ای که در آن نوشته شده است، زمان خاموش و روشن شدن پمپ‌ها را کنترل می‌کند. فرض کنید کارفرما می‌خواهد در هر ثانیه ۲۰ نمونه از دِبی خط را برای PLC ارسال کند. آیا PLC وجود دارد که بتواند در هر ثانیه ۲۰ نمونه دریافت کند؟ خیر! پاسخ مدرس دوره اتوماسیون صنعتی ماهر به این سوال را در تصویر زیر بخوانید.

در این مثال با توجه به این که سرعت خواندن نمونه‌ها در PLC محدود است، باید تعداد کمتری نمونه‌برداری را در یک ثانیه انجام دهیم. پس در نظر گرفتن شرایط پروژه یا فلسفه کنترلی برای انتخاب PLC امری بسیار ضروری است.

نکته: جزئیات پروژه (جزئیات خواسته‌های کارفرما) مشخص می‌کند که:

• قدرت CPU چقدر باشد؟
•  تعداد و سرعت دریافت ورودی‌ها چقدر است؟
•  تعداد و سرعت ارسال خروجی‌ها چقدر است؟

تعداد ورودی و خروجی

گام دوم در انتخاب PLC مناسب، تعیین تعداد ورودی‌ها و خروجی‌های آنالوگ و دیجیتال است. 

باید بدانید:

ورودی‌ها و خروجی‌های PLC، به دو دسته دیجیتال و آنالوگ تقسیم می‌شوند. 

• می‌دانید که شستی استارت و استپ دو وضعیت روشن/خاموش دارد. برای اتصال این شستی به PLC به ورودی دیجیتال نیاز داریم. به ورودی‌هایی که دو وضعیت صفر/یک (یا روشن/خاموش) را مشخص می‌کنند، ورودی دیجیتال می‌گوییم.
• می‌خواهیم با یک PLC، یک موتور را روشن و خاموش کنیم. PLC باید فرمان روشن/خاموش را از طریق خروجی خود ارسال کند. در این حالت، به یک خروجی دو وضعیتی نیاز خواهیم داشت. خروجی دو وضعیتی را خروجی دیجیتال می‌نامیم.
• یک ترموکوپل را در نظر بگیرید. ترموکوپل دما را اندازه می‌گیرد و به ازای دمای اندازه‌گیری شده، یک سیگنال الکتریکی (۱۰-۰ ولت یا ۲۰-۴ میلی‌آمپر) تولید می‌کند. خروجی ترموکوپل دو وضعیتی نیست و مقداری پیوسته دارد (صفر و یک نیست). برای دریافت اطلاعات خروجی ترموکوپل در PLC به ورودی آنالوگ نیاز خواهیم داشت. برای اطلاعات بیشتر درباره ترموکوپل، مقاله «ترموکوپل چیست؟» را مطالعه کنید.
• خروجی آنالوگ زمانی استفاده می‌شود که بخواهیم فرمان را در یک بازه‌ پیوسته ارسال کنیم. برای مثال فرض کنید می‌خواهیم دور یک الکتروموتور را کنترل کنیم. برای این کار باید سیگنال استاندارد الکتریکی تولید شود. این سیگنالِ پیوسته را از طریق خروجی آنالوگِ PLC به ورودی آنالوگ درایو منتقل می‌کنیم. درایو بر اساس این سیگنال، دور موتور را کنترل می‌کند. اگر با سیگنال‌های استاندارد الکتریکی و درایوها آشنا نیستید، مقاله‌های «سیگنال‌های استاندارد الکتریکی» و «درایو یا اینورتر چیست و چه کاربردی دارد؟» را بخوانید. 

اکنون با یک مثال چگونگی شمارش تعداد ورودی‌ها و خروجی‌های سیستم را بررسی می‌کنیم. 

مثال:

می‌خواهیم با زدن شستی استارت، موتور یک پمپ آب را روشن کنیم. اگر فشار خط به ۵۰ Psi رسید، دور موتور نصف شود و اگر فشار خط به ۱۰۰ Psi رسید، موتور از حرکت بایستد (دور موتور صفر شود). 

در این مثال:

• برای شستی استارت و استپ: دو ورودی دیجیتال 
• برای فرمان دادن به موتور: یک خروجی دیجیتال
• برای سنسور آنالوگ (اندازه‌گیری فشار خط): یک ورودی آنالوگ
• برای ارسال فرمان کنترلی آنالوگ به درایو (کنترل دور موتور): یک خروجی آنالوگ

پس دو ورودی دیجیتال، یک ورودی آنالوگ، یک خروجی دیجیتال و یک خروجی آنالوگ نیاز داریم. 

پس نتیجه می‌گیریم، PLCای باید انتخاب کنیم که حداقل دو ورودی و یک خروجی دیجیتال و یک ورودی و یک خروجی آنالوگ را داشته باشد.

شرایط محیطی

شرایط حاکم بر محیط مثل دما، رطوبت، وجود مواد خورنده، میزان لرزش و … تاثیر مستقیم بر انتخاب PLC دارند. می‌پرسید چرا؟ ادامه مطلب را بخوانید.

رطوبت کُندانس

رطوبت کندانس (Condense) یا همان رطوبت ناشی از میعان بخار، می‌تواند به تجهیزات برقی نفوذ کند و خطر آفرین باشد. رطوبت کندانس در صنایع غذایی بسیار مرسوم است. در شرایطی که رطوبت کندانس در سیستم وجود دارد، باید به IPی PLC انتخابی توجه کرد. 

برای مطالعه جدول IPها، به مقاله «چگونه بهترین اینورتر را انتخاب کنیم؟» مراجعه کنید.

رطوبت کندانس 

حتماً در کودکی در فصل زمستان روی بخار شیشه نقاشی کشیده‌اید. بخار روی شیشه‌ها، ناشی از میعان بخار آب روی شیشه است. رطوبت ناشی از میعان بخار، رطوبت کندانس نامیده می‌شود. تفاوت دمای محیط داخل و خارج باعث ایجاد رطوبت کندانس می‌شود. یک کارخانه کنسروسازی را در نظر بگیرید. در پروسه تولید کنسرو، تغییرات شدید دمایی عامل ایجاد رطوبت کندانس است. 

شکل ۲- رطوبت کندانس

دما

یک کوره را در نظر بگیرید. قطعاً دمای یک کوره روی محیط اطراف آن هم تاثیرگذار است و این دما قابل کنترل نیست. در پروژه‌هایی که بر افزایش دمای آن‌ها کنترل نداریم، باید تجهیزی انتخاب کنیم که تحت تاثیر این دما قرار نگیرد.

لرزش

در برخی از دستگاه‌ها، تابلو و تمام تجهیزات آن روی خود دستگاه نصب می‌شود. با شروع به کار دستگاه، تجهیزات داخل تابلو لرزشی را تجربه می‌کنند. در زمان انتخاب PLC به میزان لرزش و نوع نصب آن (با توجه به میزان لرزش) توجه کنید.

نکته: کارخانه سازنده، نوع نصب PLC بر اساس لرزش را مشخص می‌کند. به عنوان مثال، اگر لرزش بیش از ۰/۵g (هر g برابر است با ۹/۸۱ متر بر مجذور ثانیه.) باشد، PLC باید به تابلو پیچ شود و نصب با استفاده از DIN Rail مجاز نیست. 

بیشتر بدانید:

DIN Rail یا ریلِ DIN یک ریلِ فلزی از نوع استاندارد است که به طور گسترده برای نصب تجهیزات کنترل صنعتی در تابلو برق استفاده می‌شود. 

شکل۳- DIN Rail

قابلیت اتصال به شبکه

گاهی لازم است بین PLC و سایر قسمت‌های سیستم اتوماسیون ارتباط ایجاد شود. برای ایجاد این ارتباط، وجود یک درگاه یا پورت (Port) ارتباطی در PLC لازم است. به عنوان مثال، اگر بخواهیم تمام اطلاعات مربوط به همه رویدادهای خط تولید مستقیماً به واحد کنترل (اتاق کنترل مرکزی) ارسال شود، لازم است PLC قابلیت شبکه شدن داشته باشد.

سرعت و قدرت پردازنده یا CPU در PLC 

حتماً تاکنون بارها بعد از فعالیت‌های سنگین با سیستم کامپیوتر یا موبایل خود، از سرعت کم یا اصطلاحاً هنگ کردن آن‌ها آزرده‌خاطر شده‌اید. این هنگ کردن در PLCها هم وجود دارد.

در صنایع و خطوط تولید بزرگ، تعداد ورودی‌ها و خروجی‌ها بسیار زیاد است. تعداد زیاد ورودی و خروجی یعنی حجم زیادی از اطلاعات که باید در PLC پردازش شود. 

سیکل پردازش در یک PLC عبارت است از: 

۱. دریافت ورودی‌های PLC؛

۲. خواندن تک‌تک خطوط برنامه و اجرای آن؛

۳. قرار دادن خروجی پردازش در خروجی‌های مرتبط.

سرعت پردازش یعنی زمانی که طول می‌کشد PLC با دریافت ورودی، سیکل پردازش را طی کند. هر چه قدرت پردازشگر PLC بیشتر باشد، سرعت پردازش بیشتر خواهد بود. بنابراین یکی دیگر از مواردی که باید متناسب با شرایط پروژه در نظر بگیریم، سرعت و قدرت پردازش CPUی PLC است. 

پس در انتخاب PLC به این سوال پاسخ دهید:

بر اساس حجم اطلاعات پروژه، کدام PLC قدرت و سرعت پردازش آن‌ها را دارد؟

قیمت PLC 

یکی از مهم‌ترین معیارهای انتخاب PLCها، قیمت آن‌ها است. قیمت PLCها از یک تا چند صد میلیون تومان متغیر است. در یک پروژه کوچک، که قیمت PLC در بودجه تعیین‌کننده است، قیمت PLC باید با بودجه پروژه بیشترین هماهنگی را داشته باشد. 

بِرَند سازنده 

زیمنس (Siemens)، آلن بردلی (Allen Bradley)، میتسوبیشی (Mitsubishi)، اشنایدر (Schneider)، امرون (Omron)، فانوک (Fanuc) و مولر (Muller) از مشهورترین برند‌های PLC جهان هستند. مسلماً نوع برند سازنده در پارامترهایی مانند قیمت، قدرت و سرعت تاثیرگذار هستند. پس برند، یکی از معیارهای انتخاب PLC است. برای مثال، در صنعت فولاد کشور معمولاً از برند زیمنس استفاده می‌شود. 

از طرفی، وجود آموزش‌ در دسترس به نوع برند وابسته است. به پاسخ این سوال فکر کنید:

برای رفع عیب در پروژه‌ای که در آن از یک PLC برندِ FUJI استفاده شده است، از شما دعوت می‌شود. آیا به راحتی می‌توانید آموزش‌های مربوط به این PLC را از منابع موجود پیدا کنید؟ آیا پیدا کردن افرادی که کار با این PLC را به خوبی بدانند، راحت است؟ احتمالاً پاسخ شما به این سوال منفی است. پس این که افراد یا منابعی وجود داشته باشند که در زمان بهره‌برداری یا عیب‌یابی موثر باشند، اهمیت فراوانی در انتخاب PLC دارد.

خدمات و پشتیبانی پس از فروش

فرض کنید از یک PLC پاناسونیک برای کنترل فرایندهای یک دستگاه اکسترودر (Extruder) استفاده کرده‌ایم. اکنون برای کنترل دما به یک کارت دما نیاز داریم؛ اما کارت دمای این PLC در ایران وجود ندارد. بنابراین، ادامه اجرای پروژه با مشکل مواجه می‌شود. با در نظر گرفتن این مثال به اهمیت وجود پشتیبانی و خدمات پس از فروش PLC پی بردیم.

جمع‌بندی

اگر می‌خواهید PLC مناسبی انتخاب کنید، باید به سوالات زیر پاسخ دهید.

• چه شرایطی بر محیط نصب PLC حاکم است؟ 
• بهترین IP که می‌توانیم برای PLC انتخاب کنیم، کدام است؟
• PLC باید چه تعداد ورودی و خروجی را ساپورت کند؟
• آیا نیاز است که PLC ما قابلیت اتصال به شبکه داشته باشد؟
• سرعت و قدرت پردازش CPUی PLC چقدر باشد؟
• آیا قیمت PLC در پروژه ما تعیین‌کننده است؟
• بهترین بِرَندی که می‌توانیم انتخاب کنیم، کدام است؟ 
• آیا برند انتخابی ما خدمات و پشتیبانی پس از فروش دارد؟ 
• کدام PLC می‌تواند به تمام خواسته‌های کارفرما پاسخ دهد؟

بعد از پاسخ دقیق به این سوالات، از انتخاب مناسب خود لذت ببرید.

آنچه خواندید چکیده‌ای بود از دو درسِ دوره اتوماسیون صنعتی ماهر. سنسورها، کنترل‌کننده‌ها، برنامه‌نویسی PLC و HMIها مطالبی هستند که در این دوره بررسی کرده‌ایم. برای آشنایی بیشتر با این دوره، به لینک زیر مراجعه کنید.