PLC چیست ؟ مزایا و انواع مختلف PLC

اگر مهندس برق باشید یا به هر ترتیبی با صنعت برق در ارتباط باشید، قطعا اسم به PLC به گوش شما خورده است. و اما PLC چیست ؟ در صنعت پرچالش امروزه، رقابت بر سر دقت، سرعت و کیفیت است. هرچه محصول تولید شده با دقت بیشتر و کیفیت بالاتر و در زمان کمتری تولید شود، حاشیه سود بالاتری هم خواهد داشت. بدون شک با پیدایش اتوماسیون صنعتی، این رقابت تنگ تر و پیچیده تر هم شده است. در مقاله ی “اتوماسیون صنعتی چیست و چه مزایایی دارد؟” در مورد نقش اتوماسیون صنعتی در بهبود بهره وری صنایع صحبت کردیم. اگر با اتوماسیون صنعتی آشنا باشید، قطعا می دانید، مغز متفکر 90% سیستم های اتوماسیون صنعتی PLC ها هستند. در این مقاله به بررسی ابعاد مختلف  PLCها می‌پردازیم.

PLC چیست ؟

PLC مخفف Programmable Logic Controller و به معنی کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر است. PLCها رایانه‌های صنعتی هستند که ورودی‌ها و خروجی‌ها را رصد کرده و با تصمیمات مبتنی بر منطق فرآیندهای الکترومکانیکی مختلف را در صنعت کنترل می‌کنند.

تاریخچه

تا اواسط دهه 1900 اتوماسیون معمولاً با استفاده از مدارهای رله‌ای – الکترومکانیکی انجام می‌شد. اما معایبی مثل:

• عیب‌یابی
• وقت‌گیر بودن
• نیاز به فضای زیاد
• ونیاز به عیب‌یابی مداوم

باعث شد که PLCها به عنوان جایگزینی مناسب مطرح شوند. در سال 1968 اولین PLC برای جایگزینی مدارهای پیچیده رله به کارخانه‌های صنعتی آمد. PLC به گونه‌ای طراحی شد که توسط مهندسان و تکنسین‌هایی که قبلاً با منطق رله و طرح‌های کنترل آشنا بودند ، به راحتی قابل برنامه‌ریزی باشد.  

اجزای اصلی   PLC

قسمت‌های اصلی PLC شامل پنج قسمت زیر است:

1. منبع تغذیه

پردازنده‌ی PLC به عنوان یک تجهیز الکترونیکی توان مورد نیاز خود را از منبع تغذیه دریافت می‌کند. منبع تغذیه وظیفه‌ی کاهش نوسانات و کاهش سطح نویز دریافتی را نیز به عهده دارد.

2. CPU

CPU (Central Processing Unit) یا واحد پردازنده‌ی مرکزی پس از دریافت دستورات برنامه‌نویسی شده و تحلیل داده‌های دریافتی، خروجی‌های کنترلی مناسب را ایجاد می‌کند و با بررسی مداوم عملکرد PLC از بروز خطا جلوگیری می‌کند.

3. واحد ورودی و واحد خروجی

این دو قسمت وظیفه‌ی ارتباط با محیط اطراف را بر عهده دارند. الف) واحد ورودی: اطلاعات خروجی سنسورها و سوئیچ‌ها را دریافت کرده و برای پردازش به CPU می‌فرستد. ب) واحد خروجی: سیگنال‌های نهایی فرمان از این واحد به سایر تجهیزات ارسال شده و فرآیند کنترل صورت می‌گیرد.  

4. حافظه‎ها

دستورات برنامه‌نویسی شده و اطلاعات دریافتی از واحد ورودی در حافظه‌ها ذخیره می‌شوند.

5. نرم‌افزار

در قسمت نرم‌افزار فلسفه‌ی کنترلی مورد نظر طراحی شده و با کابل‌های رابط روی سخت‌افزار PLC دانلود می‌شود.  

PLC چطور کار می‌کند؟

PLC اطلاعات دستگاه‌ها و حسگرها را از طریق واحد ورودی دریافت می‌کند. داده‎های دریافتی را پردازش کرده و سیگنال‌های فرمان را از طریق واحد خروجی بر اساس دستورات از پیش تعیین شده ارسال می‌کند. در نهایت تجهیزات متصل به خروجی از طریق سیگنال‌های فرمان کنترل می‌‌شوند.

برنامه‌نویسی PLC چگونه است؟

برای برنامه‌نویسی  PLCاز یک رایانه‎ با نرم‌افزار اختصاصی  PLCاستفاده می‌شود. پرکاربردترین شکل برنامه‌نویسی منطق نردبانی (ladder) است. در این منطق به جای کلمات از نمادها برای شبیه‌سازی کنترل منطقی رله استفاده می‌شود.     این نمادها توسط خطوط به هم متصل شده‌اند تا جریان را از طریق اتصالات و سیم‌پیچ‌ها نشان دهند. برنامه تکمیل شده شبیه یک نردبان است اما در واقع نشان‎دهنده یک مدار الکتریکی است. بنابراین اگر می‌توانید نحوه عملکرد مدارهای الکتریکی اولیه را درک کنید، می‌توانید منطق نردبان را هم درک کنید.

یک مثال از کاربرد PLC

فرض کنید می‌خواهیم یک لامپ را توسط یک کلید روشن و خاموش کنیم. می‌توانیم این کار را با یک کلید و یک لامپ انجام دهیم. ساده است، مثل شکل زیر عمل می‌کنیم! فرض کنید بخواهیم لامپ بعد از فشردن کلید با 20 ثانیه تاخیر روشن شود، باید تایمر خریداری کنیم و اتصالات را تغییر دهیم. اما بجای این کار مثل شکل زیر عمل کرده وکلید را در ورودی یک PLC و لامپ را در خروجی آن می‌گذاریم. کافی است یک تاخیر 20 ثانیه‌ای را در PLC اعمال کنیم. عملیات بدون هیچگونه تغییری در مدار اصلی انجام شد! اما سیستمی هزاران بار پیچیده‌تر از لامپ و کلید را در نظر بگیرید. بدون PLC با هر تغییر کوچک در ساختار، شبکه دست‌خوش تغییرات زیادی خواهد شد. تغییر در شبکه‌های بزرگی که از PLC استفاده نمی‌کنند  می‌تواند هزینه‌های زمانی و مالی زیادی را در بر داشته باشد.

مزایای PLC

ویژگی‌های:

• توانایی خواندن انواع ورودی‌ها (دیجیتال، آنالوگ، فرکانس بالا و…)
• توانایی انتقال فرمان به سیستم‌ها و قطعات خروجی ( نظیر مانیتورهای صنعتی، موتور، شیر‌برقی،…)
• امکان اتصال به شبکه
• ابعاد بسیار کوچک
• سرعت پاسخگویی بسیار بالا
• ایمنی مناسب
• دقت بالا
• انعطاف‌پذیری زیاد

و سایر ویژگی‌های از این دست باعث رشد چشم‌گیری در کنترل و اتوماسیون صنعتی شده است.  

مزایای PLC نسبت به مدار فرمان

از مزایای PLC نسبت به مدار فرمان می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• حجم مدارهای فرمان با پیچیده‌تر شدن سیکل کاری افزایش می‌یابد، در حالی که در PLCها با افزایش پیچیدگی فقط بخش نرم‌افزار تغییر کرده و سخت‌افزار تغییری نخواهد داشت.
• نویزهای حرارتی و صوتی جزئی جدانشدنی از مدارهای فرمان هستند، اما با استفاده از PLCها هیچگونه نویز حرارتی و صوتی را تجربه نمی‌کنیم.
• یک PLC بر اساس ورودی‌ها و خروجی‌های خود می‌تواند داده‌هایی مانند دمای کار، بهره‌وری دستگاه، ایجاد زنگ هشدار هنگام خرابی دستگاه، شروع و توقف خودکار فرآیندها را رصد و ضبط کند. بنابراین با به کارگیری PLCها امکان مانیتورینگ آنلاین وجود خواهد داشت.
• با استفاده از PLC انعطاف‌پذیری مکانیزم کنترلی افزایش خواهد یافت.

انواع مختلف PLCها کدام است؟

به طور کلی PLCها به دو دسته‌ی اصلی

1. کامپکت (Compact PLC)
2. مدولار‌ (Modular PLC)

تقسیم می‌شوند. PLCهای کامپکت دارای تعداد ماژول ورودی/خروجی ثابت است و قابلیت توسعه ماژول‌ها وجود ندارد.

PLC کامپکت

اما در PLCهای مدولار می‌توان تعداد ماژول‌های ورودی/خروجی را گسترش داد.

PLC مدولار

PLCها را از نظر نوع خروجی نیز می‌توان به سه دسته تقسیم کرد.

1. PLC با خروجی رله‌ای: این نوع PLC ساختاری الکترومکانیکی دارد، که با انواع ولتاژها کار می‌کند و سرعت کمی دارد.
2. PLC با خروجی ترانزیستوری: ساختاری الکترونیکی دارد و سرعت عملکرد آن بالاست.

این PLCها را می‌توان از نظر سرعت عملکرد، ولتاژ عملکرد و میزان تحمل جریان با هم مقایسه کرد:   الف) مقایسه PLCها از نظرسرعت عملکرد در PLCها با خروجی ترانزیستوری سرعت سوئیچینگ بسیار بالاست. اما در PLCها با خروجی رله‌ای، چون فرآیندی الکترومکانیکی اتفاق می‌افتد، سرعت کم است. بنابراین در مواقعی که به سرعت سوئیچینگ بالا نیاز است، باید از PLCها با خروجی ترانزیستوری استفاده شود. در تولید خروجی پالس، کنترل سروموتورها، کنترل استپ‌موتورها و یا تولید پالس‌های PWM قطعا PLC با خروجی ترانزیستوری انتخاب می‌شود. ب) مقایسه PLCها از نظر ولتاژ عملکرد PLCها با خروجی رله‌ای بسته به نوع برند با هر دو ولتاژ AC (220 ولت) و DC (24 ولت) کار می‌کنند، اما در PLCها با خروجی ترانزیستوری فقط ولتاژ DC (24 ولت) پذیرفته می‌شود. ج) مقایسه PLCها از نظرمیزان تحمل جریان آستانه‌ی تحمل جریان در  PLC با خروجی رله‌ای تا 2 آمپر است اما در PLC  با خروجی ترانزیستوری‌ این آستانه تا 300 میلی‌آمپر کاهش می‌یابد.

3. PLC با خروجی ترایاکی: این نوع خروجی PLC مشابه خروجی PLC رله‌ای است، با این تفاوت که خروجی آن از نوع الکترونیکی است. از نظر سرعت، سرعتی بین خروجی رله‌ای و ترانزیستوری دارد و می‌تواند با ولتاژ AC (24 ولت) هم کار کند.

  جزئیات کلیدی

• جدا از دستگاه‌های ورودی و خروجی، PLC ها باید توانایی ارتباط با انواع سیستم‌ها را داشته

باشند. به عنوان مثال، داده های ثبت شده توسط PLC را می‌توان از طریق پروتکل‌ها و پورت‌های ارتباطی به یک سیستم نظارت و جمع‌آوری داده‌ها صادر کرد.

• کاربران برای تعامل با PLC به HMI (رابط ماشین انسان) نیاز دارند. رابط‌های اپراتور می‌توانند پنل‌های صفحه لمسی بزرگ یا نمایشگرهای ساده باشند که به کاربران اجازه می‌دهد اطلاعات PLC را بررسی کنند.

    جمع‌بندی:

• PLC ها فرآیندهای خودکار مانند خطوط مونتاژ، عملکرد دستگاه‌های رباتیک را نظارت و کنترل می‌کنند.
• قسمت‌های اصلی PLCها شامل منبع تغذیه، پردازنده، واحدهای ورودی و خروجی، حافظه‌ها و نرم‌افزار است.
• معمولا در برنامه‌نویسی‌های PLC از منطق نربان استفاده می‌شود.
• انعطاف‌پذیری، امکان اتصال به شبکه، ابعاد بسیار کوچک ، سرعت پاسخگویی بسیار بالا، ایمنی مناسب و  دقت بالا از مزایای این تجهیز کاربردی هستند.

  منبع : آکادمی ماهر