PLC چیستPLC چیست ؟

PLC

پی‌ ال‌ سی (به انگلیسی: Programmable Logic Controller) یا کنترل‌گر منطقی برنامه‌پذیر، رایانه کنترل‌گر تک منظوره‌ای است که به دلیل ویژگی‌های خاصش بیشتر برای کنترل فرایندهای مکانیکی یا صنعتی مانند خطوط تولید استفاده می‌شود.

• PLC یا کنترل‌گر منطقی برنامه‌پذیر:
• PLC کنترل‌گر است. مانند مدار فرمان الکتریکی.
• PLC منطقی ست. برخلاف مدار فرمان الکتریکی.

 

پی ال سی

کنترل کننده ی برنامه پذیری است که از خانواده کامپیوتر ها به شمار می آید؛ این کنترل کننده عمدتا در مقاصد صنعتی به کار می رود. ورودی سیگنالهای متنوع دیجیتال یا آنالوگ را از field قبول می کند و سپس آنها را برای cpu به صورت سیگنالهای منطقی سیستم باینری تبدیل می نماید و cpu مطابق برنامه هایی که در آن ذخیره شده دستورات را اجرا و خروجی را به صورت سیگنالهای منطقی به خروجی می فرستد این سیگنالها می توانند به فرم آنالوگ یا دیجیتال به تجهیزات یا عملگرها ارسال شوند. PLC در جهت اهداف کنترلی و برای استفاده در محیط های صنعتی به کار گرفته شد چون به سادگی قابل برنامه پذیری بود و تغییر در سیستم کنترل با تغییر در نرم افزار برنامه کنترل به سهولت امکان پذیر بود؛

مزایای فوق به همراه کوچکتر شدن ابعاد سیستم کنترل ، عیب یابی سریع تر ، خرابی کمتر ، توانایی اجرای برنامه های پیچیده تر، توانایی تبادل اطلاعات با سیستم های دیگر و … باعث شد که مدارهای رله ای به سرعت میدان را برای حضور PLC ها خالی کنند.

 

انواع سیستم PLC:

PLC ها را می توان از نظر اندازه حافظه یا تعداد ورودی و… به انواع زیر تقسیم بندی کرد.

• PLC های کوچک
• PLC های متوسط
• PLC های بزرگ

PLC های کوچک:

جایگزینی برای کنترل کننده های سنتی است. تابعیت گسترش محدود و حداکثر دو یا چند ورودی/خروجی دارند. و برنامه نویسی آنها، نردبانی یا با دستورات نمادی صورت می گیرد.

PLC های متوسط:

این PLC ها ساختار مدولار دارند در نتیجه توسعه و یا تغییر آنها ساده است و تنها با اضافه نمودن یا تغییر مدولها صورت می گیرد. تعداد ورودی/ خروجی زیاد و توسعه سیستم در آینده متصل می باشد. امکانات ارتباطی زیاد دارند و می توان از آنها در کنترل گسترده استفاده کرد و برنامه نویسی آنها نردبانی یا نمادی و یا دستورات گرافیکی است.

PLC های بزرگ:

در مواردی که تعداد ورودی ها/ خرروجی ها زیاد است و یا عملیات کنترلی پیچیده است از PLC های بزرگ استفاده می گردد از این PLC ها برای هدایت تعدادی PLC کوچک نیز استفاده می شود و برنامه نویسی این نوع PLC ها معمولا با استفاده از زبان های سطح بالا صورت می گیرد.

قسمت های اصلی PLC

۱- منبع تغذیه (power supply) :

ولتاژ AC موجود در سیستم را از برق سیستم به عهده دارد که باعث ایمنی در برابر نویز و نوسانات ولتاژ ورودی در محیط های صنعتی است.

۲- واحد پردازنده ی مرکزی (cpu ) :

ریز پردازنده با در نظر گرفتن وضعیت ورودی ها برنامه را که در PLC ذخیره شده است اجرا می کند. و بر اساس آن به خروجی دستور فعال کردن خروجی مورد نظر را می دهد.

۳- حافظه (Memory) :

جهت ذخیره سازی برنامه و اطلاعات استفاده می شود.

۴- رابطه برنامه نویسی (programmer) :

جهت نوشتن برنامه و انتقال آن به حافظه PLC توسط کاربر استفاده می گردد و از لحاظ شکل ظاهری به دو دسته تقسیم می شوند: ۱- یک صفحه کلید کوچک به همراه یک صفحه نمایشگر۲- استفاده از کامپیوتر های شخصی و نصب نرم افزارهای مورد نیاز ویژه ی برنامه نویسی می باشد.

مقاله بهترین زبان برنامه نویسی در PLC چیست؟

۵- واحد ورودی / خروجی (I/O):

که ارتباط PLC را با دنیای خارج برقرار می کند.

 

انواع PLC از نظر شکل ظاهری

• یکپارچه
• مدولاتور

۱- PLCهای کوچک معمولا به صورت (Compact) یکپارچه طراحی و ساخته شده اند به این معنا که منبع تغذیه و cpu و ماژول های ورودی و خروجی به صورت یکپارچه در کنار هم متصل هستند و یک واحد تلقی می شوند در این نوع PLC قادر به نگهداری فقط ۱۰۰۰ خط برنامه می باشد اما مکانی جهت اتصال به پروگرام و ورودی و خروجی هی اضافی وجود دارد.

۲- در انواع مدولاتور بر خلاف نوع یکپارچه کاربر می تواند ماژول های ورودی و خروجی دلخواه را از آن خانواده بسته به نیاز خود انتخاب و در کنار هم قرار دهد. که شامل کارت های جداگانه منبع تغذیه ، cpu، وردی و خروجی به تعداد مورد نیاز می باشد که به ترتیب روی RACK و در داخل (SLOTS) شکاف ها نصب می شوند.

امروزه کاربرد PLC در صنایع در فرآیندهای مختلف صنعتی به وفور به چشم می خورد.

۱- صنایع خودرو سازی: از قبیل عملیات سوراخ کاری خودکار، اتصال قطعات، همچنین آزمودن قطعات و تجهیزات اتومبیل، سیستم های رنگ پاش وشکل دادن بدنه به وسیله پرس های خودکار و…

۲- صنایع پلاستیک سازی: از قبیل ماشینهای ذوب و قالب گیری تزریقی، دمش هوا سیستم های تولید و آنالیز پلاستیک.

۳- صنایع سنگین: از قبیل کولرهای صنعتی، سیستم های کنترل خودکار وسایل و تجهیزات که ذوب فلزات استفاده می شود.

۴- صنایع شیمیایی: از قبیل سیستم های مخلوط کننده دستگاههای ترکیب کننده مواد با نسبت های متفاوت و غیره …

۵- صنایع غذایی: از قبیل سیستم های سانتر فیوژ، سیستم های عصاره گیری و بسته بندی و …

۶- صنایع ماشینی: ازقبیل صنایع بسته بندی، صنایع چوب، سیستم های سوراخ کاری، سیستم های اعلان خطر و هشدار، سیستم های مورد استفاده در جوش فلزات و …

۷- خدمات ساختمانی: از قبیل آسانسور ها کنترل هوا و تهویه ی مطبوع، سیستم های روشنایی خودکار و…

 

مزیت PLC نسبت به مدار فرمان

PLC جایگزین مناسب مدار فرمان الکتریکی ست. اما چون منطقی ست و داری اشتباه کمتری و در برخی موارد مقرون به صرفه اقتصادی وکار با آن ساده تر و غیره است، بهتر است و.

کنترل منطقی از کنترلی ست که در آن صدور فرمان‌ها نیازمند برآورده شدن تعدادی توابع و خواست‌های منطقی باشد
مزیت PLC نسبت به رایانه

PLC برخلاف یک رایانهٔ عادی غیر صنعتی:

برای کار در شرایط سخت ساخته می‌شود. شامل:

غبار ، رطوبت ، گرما و سرما ، نویز الکتریکی و نوسان برق و..

برنامه‌های داده شده به PLC در حافظهٔ آن ذخیره می‌شوند. PLC دو نوع حافظه دارد :موقّت (که یا با یک باتری پشتیبانی شود) و دائم.

برای انجام وظیفهٔ ویژه اش، امکان اتصال و کنترل ورودی‌ها و خروجی‌های زیادی را برای حسگرها و محرکهای متعدد و گوناگون دارد.

قابلیت خواندن و پردازش مقادیر و متغیّرها. شامل:

• مقادیر لیمیت سوییچ‌ها
• متغییرهای آنالوگ (مانند مقادیر حس‌گرهای گرما و فشار)
• موقعیت‌ها در سیستم‌های موقعیت‌یاب را دارد.
• قابلیت فعّال نمودن دستگاه‌های خاص. شامل:
• موتورهای الکتریکی
• سیلندرهای پنوماتیکی یا هیدرولیکی
• رله‌های مغناطیسی و سیم‌پیچها
• خروجی‌های آنالوگ را فعال کند.

 

برنامه‌نویسی PLC

برای نمایش برنامهٔ PLC از سه روش استفاده می‌شود:

در روش نردبانی برنامه به صورت نماد اتصال و سیستم پیچ‌های مدار فرمان رله‌ای نشان داده می‌شود؛ لذا ساختار برنامه شبیه مدارهای فرمان رله‌ای می‌باشد.

در نمایش فلوچارتی از نمادهای مستطیلی استفاده می‌شود؛ و در هر مستطیل عمل منطقه‌ای نمایش داده می‌شود.

در روش نمایش نوشتاری از دستورات و جملات کلیدی برای نوشتن برنامه استفاده می‌شود که در آن هر عبارت دارای دو بخش عملگرها و عملوندها می‌باشد.

این روش‌ها ابتکاری نیستند. نمایش مدار در مهندسی برق و الگوریتم و فلوچارت در مهندسی رایانه معمول است.

 

اهمیّت روش نمایش در برنامه‌نویسی

اصطلاحات فرم یا طرز نمایش، و فرمول بندی یا شکل‌دهی در ریاضیات کابرد زیادی یافته‌اند. علّت در اینجا بارز تر می‌شود: برنامه یک نظم دهی ست، و نظم برای انسان حتماً نیازمند شکل است. پس نمی‌توان گفت روش‌های نمایش فرع برنامه‌اند و تعریف برنامه اصل آن. زیرا نوشتن یک برنامه چیزی جز نمایش دستورات در جای صحیح نیست.
آموزش شکل‌دهی برنامهٔ PLC به روش نمایش نوشتاری یا الگوریتم

به هر دستور یک رشته خط برنامه گفته می‌شود هر خظ برنامه معمولاً یکی از ترکیب‌های منطقی ریاضی را دربردارد؛ که همچنین کنترل فلگ‌ها و فلیپ‌فلاپ‌ها را به عهده دارند در این روش هر چند خط برنامه که عمل خاصی را انجام می‌دهند یک سگمنت گفته می‌شود و یک برنامه می‌تواند شامل یک سگمنت یا بیشتر باشد.

هر برنامه با یک «نقطه‌ویرگول(;)» شروع شده و با “BE” به پایان می‌رسد. ریز پردازنده از سطر اول برنامه شروع به خواندن و اجرای دستورات می‌کند تا به دستور “BE” برسد. مدت زمان لازم برای اجرای این کار را سیکل زمانی اجرای برنامه می‌گویند برای تسریع در اجرای برنامه و کاهش این سیکل زمانی می‌توان پردازنده‌ای با سرعت بالا به کار برد که مشمول هزینه خواهد بود یا برنامه را سامان‌دهی بهتری نمود. هر کدام از ورودی‌ها، خروجی‌ها و فلگ‌ها در دسته‌های ۸بیتی سازمان‌دهی می‌شوند و در آدرس‌دهی ابتدا باید آدرس بایت مربوط و سپس آدرس بیت تعیین شود.

 

ساختار برنامه

در نوشتن برنامه‌های پیچیده که معمولاً طولانی هستند برنامه‌های فرعی را در بخش‌های جداگانه می‌نویسند و سپس آن‌ها را در برنامه اصلی به کار می‌برند، هر کدام از این بخش‌ها در یک بلوک خاص نوشته می‌شود.

در کل پنج نوع بلوک وجود دارد که عبارتند از:

بلوک‌های برنامه یا PB: تشکیل دهندهٔ برنامهٔ کنترل یک فرایند می‌باشند که از شمارهٔ ۰ تا ۲۵۵ شماره‌گذاری شده‌اند.

کاربر برنامه را به تشخیص خود در هر بلوک “PB” می‌نویسد و در انتهای آن از “BE” استفاده می‌نماید.

بلوک‌های ترتیبی یا SB: در کنترل‌های ترکیبی مثل راه‌اندازی خط‌های تولید استفاده می‌شود.

بلوک‌های تابع ساز یا FB: توابعی که در طول برنامه بارها مورد استفاده هستند و در خود برنامه تعریف نشده‌اند مثل ضرب دو عدد باینری که از شماره ۰ تا ۲۵۵ شماره‌گذاری شده‌اند. هر FB از دو بخش تشکیل شده‌است. FBها اجزا و انواعی دارند:

اجزاء FB:

سر خط بلوک که شامل نام و سایر مشخصات بلوک است.

بدنه بلوک که شامل توابع و دستورهایی است که باید در بلوک اجرا شود. علاوه بر دستورات S۵ یک سری دستورات مربوط به سوپالمنتری نیز موجود است که فقط در این بلوک اجرا می‌شود.

انواع FB:

Standard FB: که در همان اعمال منطقی نظیر ضرب و تفریق و… تعریف شده‌است. آن‌ها به‌صورت بسته‌های نرم‌افزاری در اختیار کاربر قرار می‌گیرند.

Assignable FB: که در اجرای آن می‌توان عملوندها را در هر پروسه تعیین نمود، تعریف کرد یا تغییر داد.

بلوک‌های اطلاعاتی DB: تعداد ۲۵۶ بلوک برای ذخیره اطلاعاتی در نظر گرفته شده که هنگام اجرای برنامه مورد استفاده‌اند. همچون، پیغامها، هشدارها و…

اطلاعات در بلوک‌های DB سه نوع است:

• اطلاعات دیتا
• متن
• الگوی بیت

می‌توان در هر بلوکی اطلاعات DB را فراخوانی نمود. مثلاً برای فراخوانی سطر صدم از «DB ۵۰» به صورت زیر عمل می‌نماییم:

• C DB ۵۰ نام بلوک
• L DW ۱۰۰ نام سطر

اطلاعات ذخیره شده در DBها با یکی از فرمتهای زیر هستند:

• KH برای اعداد در مبنی ۱۶
• KF برای اعداد در مبنی ۱۰
• KT برای اعداد ثبات TV
• KC برای شمارنده‌ها
• KY شانزده‌بیت، که به دو بایت کاملاً مجزّای چپ(DL) و راست(DR) تقسیم می‌شوند.
• KM برای متون
• KG اعداد اعشاری و اعداد بسیار بزرگ و بسیار کوچک

بلوک سازماندهی OB: این بلوک ساختار برنامه را مشخص می‌نماید هر OB بایک شمارهٔ خاص مشخص می‌شود. شامل:

• «OB ۱»: در شروع هر سیکل برنامه، سیستم‌عامل اولین سطر این بلوک را اجرا می‌کند؛ و آخرین سطر آن پایان بخش برنامه‌است. در واقع این بلوک مشخص‌کنندهٔ ساختار برنامه‌است.
• «OB ۲۱»: هنگامی که PLC از Start به Stop سویچ می‌شود این بلوک رخ می‌دهد.
• «OB ۲۲»: هنگامی که پاور ON می‌شود این بلوک رخ می‌دهد.
• «OB ۳۴»: نشان دهنده وضعیت باتری می‌باشد که در صورت تضعیف یا وقوع ایراد در آن تا رفع اشکال مکرراً تکرار می‌شود.

 

دستورهای برنامه‌نویسی PLC

دستورهای برنامه‌نویسی PLC سه‌گانه‌اند:

اصلی: توابعی که در تمام بلوک‌ها قابل اجرا هستند به غیر از جمع و تفریق تمام دستورها می‌توان به عنوان ورودی و خروجی به کار روند.

تکمیلی: توابع ترکیبی نظیر دستورات جابجایی، توابع، Shift و نیز دستورات تبدیلی می‌باشد؛ که فقط در FB و حالت STL قابل اجرا هستند.

سیستم: شامل دستورهایی است که مستقیماً روی سیستم‌عامل PLC تأثیر دارد و مخصوص برنامه نویسان حرفه‌ای است.

این دستورها ممکن است در PLCهای شرکت‌های مختلف متفاوت باشند.

دستور AN برای خواندن صفر: همان‌طور که گفته شد، سه روش برای نمایش برای برنامهٔ PLC وجود دارد:

LAD یا Ladder یا
CSF یا Control System Flowchart یا
STL یا Statement List

در روش LAD و CSF برای خواندن عدد صفر از ورودی از دستور AN استفاده می‌شود؛ که عبارت «صفر یا یک» در ورودی را به عبارت معکوسش یعنی «یک یا صفر» تبدیل می‌کند.

وقتی دکمهٔ فشار فشرده یا کلیدی روشن گردد بر حسب نوع کانتاکت عددی که در ورودی و خروجی ظاهر می‌شود متفاوت است:

 

تجهیزات جانبی

۱٫ HMI یا واسط‌های کاربری: این تجهیزات به کاربر این امکان را خواهد تا پردازش‌های در حال اجرا را که از قبل برنامه‌نویس و طراح آن‌ها را تعبیه کرده‌اند را مشاهده کنند، خروجی‌ها رو به صورت گرافیکی ببینند یا ورودی‌ها را توسط مانیتورهای تاچ اسکرین یا کلیدهای شستی بفشارند. به نوعی می‌توان گفت این تجهیزات می‌توانند هم به عنوان ورودی و هم خروجی ایفای نقش نماینند.

به‌طور مثال: می‌توان دمای حرارت کوره را به صورت گرافیکی روی مانیتور مشاهده کنید (خروجی). یا می‌توان دکمه استارت پمپ را در آن تعبیه نمود که به صورت تاج کاربر پمپ را روشن نماید (ورودی).

۲٫ LAN شبکه: می‌توان داده‌ها یا خروجی‌ها را از طریق شبکه به نقاط مختلفی انتقال داد که این کار توسط تجهیزات شبکه‌ای که به PLC متصل می‌گردد قابل انجام است. بستن شیرهای خطوط انتقال سوخت در صورت بروز حادثه را می‌توان به عنوان یک کنترل از راه دور به کمک شبکه مثال زد.

S5W یک سیستم PLC زیمنس را شبیه‌سازی می‌نماید. استفاده از این نرم‌افزار ساده‌است؛ پس از پایان کدنویسی و فشردن کلید شروع شبیه‌سازی پنجره شبیه‌ساز PLC باز می‌شود. در اینجا ورودی‌ها، خروجی‌ها و فلگ‌ها مشاهده می‌شوند و می‌توان عملکرد برنامه نوشته شده را روی PLC آزمود.