PLC چیست؟

[yazd.diag]

تاریخچه:PLC) PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) کنترل کننده قابل برنامه ریزی منطقی در سال 1968 آمریکایی ها اولین PLC را ساختند و آنرا کنترل قابل برنامه ریزی نام نهادند.
{PROGRAMABLE CONTROLLER } آلمانی ها در سال 1973 PLC را وارد بازار کردند و اکنون شرکتهای مختلفی در جهان در زمینه ساخت و استفاده از PLC در حال فعالیت هستند.سهم شرکت زیمنس از بازار PLC جهان 26%_ شرکت آمریکایی ALAM BRADLEY 26 % _ OMRON ژاپن 11 ٪ ــ MITSUBISHI 9 ٪ و الباقی مربوط به کمپانی های AEG-BOSCH -GENRAL ELECTRIC و TELEME CANIQUE فرانسه می باشد.
شرکتهای ایرانی نظیر کنترونیک - صنعت فردا و فتسو آلمانی که همگی مدلی از زیمنس آلمان می باشند.
طراحی مدار فرمان توسطکامپیوتر :هر سیستم نیاز به کنترل دارد.در سیستم های صنعتی 2 نوع کنترل وجود دارد.

1-سخت افزاری (مدارات فرمان الکتریکی) 2- سیستم های PLCسیستم های PLC خود به 2 گروه تقسیم می شوند: 1- سیستم های کنترلی گسترده DCS 2- کامپیوتر های شخصی IPC

پروسه کار یکPLC:
ورودی پردازش خروجی
ورودی می تواند سنسور ها - کلید های قطع ووصل -عوامل مکانیکی و...باشند. خروجی هم موتورها - رله یا کنتاکتورها - لامپ ها و نمایشگر ها باشند.
با اعمال ورودی به یک سیستم PLC که می تواند بصورت کلیدی و یا سنسور باشد عمل پردازش بر روی ان صورت گرفته و نتیجه عمل در یک عمل کننده یا یک شبیه ساز آشکار می شود.به مجموعه این اعمال یک فرایند یا پروسه کاری گفته می شود.
موارد کاربر PLC:
-1 کنترل هر گونه ماشین و وسیله برقی
-2 کنترل هر سیستم خط تولید
-3 کنترل فرمان مدار )CNC_ ماشین های فرز پیشرفته )
تفاوتPLCبا کامپیوتر:
تمامی اجزا یک کامپیوتر در یک PLC وجود دارد ولی کامپیوتر از لحاظ نوع ورودی و خروجی ها و همچنین عمل ترکیب ورودی ها و خروجی ها با PLC متفاوت می باشد.خروجی PLC می تواند یک رله - تریاک - ترانزیستور - تریستور و غیره باشد که با توجه به حداکثر جریان مجاز خروجی PLC باید انتخاب شود تا آسیبی به سیستم وارد نشود.
در PLC ما نتیجه عمل را می بینیم ولی در کامپیوتر فقط اطلاعات را می بینیم.
حافظه بکار رفته درPLC:
در PLC از حافظه های نیمه هادی و بیشتر از RAM و EEPROM استفاده می شود .یک باتری نیز برای جلوگیری از پاک شدن اطلاعات حافظه RAM در مواقع قطع برق و خاموش کردن دستگاه بکار برده می شود.یک خازن نیز موازی با باتری بک آپ قرار گرفته که بهنگام تعویض باتری می تواند برق سیستم را بمدت 30 ثانیه تامین نمایید.ولتاژ باتری3.6 ولت با جریان دهی 0.09 میلی آمپر می باشد.
در مقایسه با روشهای حل سنتی و PLC می توان نتیجه گرفت که روش کار PLC آسانتر و توانایی و قابلیت بیشتری نسبت به روش سنتی می باشد.در PLC می توان براحتی در برنامه و اجرای آن تغییرات اعمال نمود.همچنین دارای حجم کم و ارزانتری می باشد و نگهداری آن نیز آسانتر است.

نقش PLC در اتوماسیون صنعتی:
كنترل بهتر فرآیندهای تولید
سرعت و دقت عمل بالا
توانایی خواندن انواع ورودی‌ها ی دیجیتال،آنالوگ و فركانس بالا
توانایی انتقال فرمان به سیستم‌ها و قطعات خروجی نظیر مانیتورهای صنعتی ، موتور، شیر‌برقی ، ...
امكانات اتصال به شبكه
ابعاد بسیار كوچك
سرعت پاسخگویی بسیار بالا
ایمنی ، دقت و انعطاف پذیری زیاد
شبکه کردن PLC ها و امکان مدیریت آنها با یک کامپیوتر مرکزی
مزایای استفاده از PLC :
1-سیم بندی سیستم‌های جدید در مقایسه با سیستم‌های كنترل رله‌ای تا 80٪ كاهش می‌یابد.
2-از آنجاییكه PLC توان بسیار كمی مصرف می‌كند، توان مصرفی بشدت كاهش پیدا خواهد كرد.
3-توابع عیب یاب داخلی سیستم PLC ، تشخیص و عیب‌یابی سیستم را بسیار سریع و راحت می‌كند.
4-برعكس سیستم‌های قدیمی در سیستم‌های كنترلی جدید اگر نیاز به تغییر در نحوه كنترل یا ترتیب مراحل آن داشته باشیم، بدون نیاز به تغییر سیم‌بندی و تنها با نوشتن چند خط برنامه این كار را انجام می‌دهیم. در نتیجه وقت و هزینه بسیار بسیار اندكی صرف انجام اینكار خواهد شد.
5-در مقایسه با تابلو‌های قدیمی در سیستم‌های مبتنی بر PLC نیاز به قطعات كمكی از قبیل رله ، كانتر، تایمر، مبدل‌های A/D و D/A و... بسیار كمتر شده است. همین امر نیز باعث شده در سیستم‌های جدید از سیم‌بندی، پیچیدگی و وزن تابلو‌ها به نحو چشمگیری كاسته شود.
PLC ها استهلاک مکانیکی ندارند بنابراین علاوه بر عمر بیشتر، نیازی به تعمیرات و سرویس های دوره ای نخواهند داشت.
7-بر خلاف مدارات رله کنتاکتوری، نویزهای الکترونیکی و صوتی ایجاد نمی کنند.
از آنجاییكه سرعت عملكرد و پاسخ‌دهی PLC در حدود میكرو‌ثانیه و نهایتا میلی ثانیه است، لذا زمان لازم برای انجام هر سیكل كاری ماشین بطور قابل ملاحظه‌ای كاهش یافته و این امر باعث افزایش میزان تولید و بالا رفتن بازدهی دستگاه می‌شود.
8-ضریب اطمینان و درجه حفاظت این سیستم‌ها بسیار بالا تر از ماشین‌های رله‌ای است.
وقتی توابع كنترل پیچیده‌تر و تعداد I/O ها خیلی زیاد باشد، جایگزین كردن PLC بسیار كم ‌هزینه‌تر و راحت‌تر خواهد بود.

کاربردهای PLC در صنعت:

1-صنایع اتومبیل سازی
تست قطعات و تجهيزات ، سیستم های رنگ پاش ، شکل دادن بدنه بوسيله پرس های اتوماتيک ، سوراخ کاری ، اتصال قطعات
2-صنایع پلاستیک سازی
ماشین های ذوب و قالب گیری تزریقی ، دمش هوا ، سیستم های تولید و آناليز پلاستیک
3-صنایع سنگین
کوره های صنعتی ، سیستم های کنترل دمای اتوماتیک ، وسایل و تجهيزات مورد استفاده در ذوب فلزات
4-صنایع شیمیایی
سیستم های مخلوط کننده ، دستگاه های ترکیب کننده مواد با نسبت های مختلف
5-صنایع غذایی
سیستم های عصاره گيری و بسته بندی
6-صنایع ماشینی
صنایع بسته بندی ، صنایع چوب ، سیستم های سوراخ کاری ، سیستم های اعلام خطر و هشدار دهنده ، سیستم های استفاده شده درجوش فلزات
7-صنایع حمل و نقل
جرثقیل ها ، سیستم های نوار نقاله ، تجهيزات حمل ونقل
8-صنایع تبدیل انرژی
ایستگاه های تقویت فشار گاز ، ایستگاه های توليد نیرو، کنترل پمپ های آب ، سیستم های تصفيه آب و هوای صنعتی ، سیستم های تصفیه و باز یافت تصفيه و بازیافت گاز
9-خدمات ساختمانی
تکنولوژی بالابری ، کنترل هوا و تهویه مطبوع ،سیستم های روشنایی خودکار

انتخاب PLC مناسب :
برای استفاده از PLC مناسب در یک پروژه باید موارد زیر را معین نمودو به آنها توجه کرد :

1)تعداد ورودی ها

2)تعداد خروجی ها

3)تعداد فلگ ها

4)تعداد شمارندگان(کانترها)

5)تعداد تایمرها

6)نوع فلگ ها و تایمرها

7)اندازه حافظه

8)سرعت اجرای برنامهSCAN TIME

9)نوع برنامه کاری دستگاه

علاوه بر موارد بالا با ید به نکات ذیل نیز توجه کرد:
دقت و سرعت انجام پروژه
تعداد ورودی و خروجی ها
نوع بار (جریان خروجی و ولتاژ آن)
نوع تغذیه
در پروسه هايي که تعدادI/O ها محدود بوده ونیاز به برنامه نويسی پیچیده ندارند می توان از کنترل کننده های Mini Plc استفاده کرد.
لوگو شاید ساده ترین نوع Plc باشد که به توان از آن برای آشنايي و آغاز به کار با Plc بهره برد. این کنترلر

سخت افزاری برای کاربردهای صنعتی با حجم کار کم و ساده قابلیت لازم را دارا است.






هرPLC از دو قسمت زیر تشکیل شده است:
1-سخت افزار
2-نرم افزار
سخت افزار LOGO شامل :
ماژول اصلی
کارت های افزایشی
ماژول تغذيه
قطعات جانبی
LOGOها یا مینی PLCها همانند و نمونه کوچکتر PLC هستند با این تفاوت که این نمونه برای مصارف واستفاده های خانگی و کارگاه های کوچک ساخته شده اند و قابلیت اکسپان شدن یا توسعه را دارا میباشند .

[yazd.diag]

زبان برنامه نويسي PLCهاي مختلف داراي شباهت ها و تفاوت هاي گوناگوني است،واين موضوع براي استفاده كنندگان مشكلاتي را بهمراه داشته است.كمسيون جهاني فناوري برق(The International Electrotecnical Commission)كه سازمان بين المللي براي ارائه استاندارد هاي جهاني در صنعت برق است.اخيراً براي ارائه استاندارد هاي جهاني در زمينه زبانهاي برنامه نويسي PLC اقداماتي نموده است،كه ازجمله مي توان به زبان واحدي براي برنامه نويسي اشاره نمود.سازمان،سازندگان مختلف را تشويق به اسنفاده از اين زبان براي محصولات خود ميكند.بااين همه هنوزتفاوتهاي زيادي بين اين زبان(IEC)با زبانهاي ارائه شده از طرف سازندگان PLCوجود دارد.
اولين PLCها در سال 1968 ساخته شده اند. در دهه 70 قابليت برقراري ارتباط به آنها اضافه شد و در دهه 80 پروتکل هاي ارتباطي استاندارد شد. بالاخره در دهه 90 استاندارد زبان هاي برنامه نويسي PLC يعني استاندارد IEC1131 ارائه گرديد .
در سال 1979 يک گروه متخصص در IEC کار بررسي جامع PLC ها را شامل سخت افزار، برنامه نويسي و ارتباطات به عهده گرفت. هدف اين گروه تدوين روش هاي استانداردي بود که موارد فوق را پوشش دهد و توسط سازندگان PLC بکار گرفته شود. اين کار حدود 12 سال به طول انجاميد و نهايتاً پس از بحث هاي موافق و مخالفي که انجام شد استاندارد IEC1131 شکل گرفت و جنبه هاي مختلف اين وسيله از طراحي سخت افزار گرفته تا نصب ، تست، برناه ريزي و ارتباطات آن را زير پوشش قرار داد. اين استاندارد که با همکاري برخي از سازندگان بزرگ PLC از جمله شرکت زيمنس شکل گرفته بود از آن به بعد توسط ايشان به کارگرفته شد و سعي نمودند محصولات خود را با آن منطق سازند.

استاندارد IEC1131 از بخش هاي زير تشکيل شده است.
بخش اول: اطلاعات کلي:
اين بخش ضمن تعريف بخش هاي مختلف PLC و وسايل جانبي آن عملکرد هر قسمت مانندCPU ، منبع تغذيه ، ورودي ها و خروجي ها و … را تشريح کرده و يک ساختار کلي را به عنوان الگو ارايه کرده است
بخش دوم: ملزومات سخت افزاري و آزمايش ها
اين بخش حداقل ملزومات براي ساخت ، سرويس ، انبار کردن، حمل و نقل ، عملکرد و ايمني PLCها و وسايل جنبي آنها را بيان کرده و تستهاي کاربردي مربوطه را توضيح مي دهد. دراين بخش پيش فرض ان است که PLC و متعلقات آن در محيط هاي صنعتي به کارگرفته مي شوند.
بخش سوم: زبان هاي برنامه نويسي
در اين بخش انواع ديتاهايي که مي توانند در برنامه نويسي استفاده شوند مانند. Bool ,Byte ,Time ,Data ,Word ,Rea ,Integer تعريف شده اند. همچنين POU ها (Program organization unit ) مانند فانکشن(FC) و فانکشن بلاک(FB)مشخص مي گرديده اند. وجه تمايز FB از FC اينگونه تعيين شده که FB علاوه بر الگوريتم برنامه ، ديتا ها را نيز شامل مي شود.
IEC در اين بخش چهار زبان برنامه نويسي که قبلا نيز به کار مي رفت را انتخاب کرده و يک زبان جديد نيز بر آن افزوده و جمعاً 5 زبان برنامه نويسي PLC را به عنوان استاندارد ارائه نموده است :
IL يا Instruction List يک زبان سطح پايين و از زبان هاي قبلي PLC است که به صورت متني مي باشد . اين زبان شبيه زبان اسمبلرهاي ميکروپروسسور است.
FBD يا Function Block Diagram زبان گرافيکي است که قبلا نيز مورد استفاده قرار مي گرفته. در FBD برنامه نويسي توسط يک سري بلوک هاي پايه که در کنار هم قرار مي گيرند انجام مي شود.
LD يا Ladder Diagram روش گرافيکي است که قبلاً نيز استفاده مي شود ولي بصورت پيشرفته تر عرضه شده است در روش جديد LD و FBD مي توانند به صورت توام در برنامه به کار روند.
ST يا Structured Text زبان جديدي است که IEC به 4 زبان قبلي اضافه کرده است. ST يک زبان سطح بالا شبيه C و پاسکال است و کاربردي عالي بويژه در الگوريتم هاي پيچيده رياضي را دارا است.
SFC يا Sequential Function Control نيز روش جديدي است . در اين روش برنامه به مراحلي که ترتيب الگوريتم هاي کنترلي را نشان مي دهد تقسيم مي ردد و شامل step هاي مختلف است هرگاه شرايطي که در بخش Transition مشخص شده برآورد گرديدstep قبلي غير فعال و step بعدي فعال مي گردد.
بخش چهارم: راهنماي کاربران
بخش چهارم راهنماي کاربر نهايي براي انتخاب و مشخص کردن ملزومات سيستمي است که سخت افزار ، نرم افزار و ارتباطات در آن منطبق با استاندارد IEC1131 باشد.
بخش پنجم: ارتباطات
دراين بخش جنبه هاي ارتباطي از ديدگاه کنترل کننده تشريح شده است . در ذيل حوزه اي که اين استاندارد براي بخش ارتباطات کنترلر تعيين کرده است را نشان مي دهد.
Any Device PC Any Device
بخش ششم: اين بخش خالي است و براي استفاده در آينده پيش بيني شده است.
بخش هفتم: برنامه نويسي کنترل فازي
اين بخش که در سال 2001 به استاندارد اضافه شده است برنامه نويسي کنترل فازي را معرفي مي نمايد و براي کاربراني که به خوبي با بخش سوم استاندارد آشنا باشند قابل استفاده است.
بخش هشتم: راهنماي کاربرد زبانهاي برنامه نويسي
در بخش چهارم مجموعه اي براي راهنمايي کاربران ارائه شده بود که جنبه هاي مختلف PLC را پوشش مي داد ولي بخش هشتم صرفاً راهنماي کاربران براي استفاده از زبان هاي برنامه نويسي ا ست که در بخش سوم معرفي شده اند.

[yazd.diag]

ساختار PLC مشابه ساختار رایانه است. شامل:
الف- پردازنده- قسمت پردازنده دارای ارتباطاتی با قسمت‌های مختلف داخل و خارج خود می‌باشد.
ب- حافظهٔ نیمه‌هادی
ج- ماژل‌های I/O
د- منبع تغذيه

ساختار PLC مشابه ساختار رایانه است. شامل:
الف- پردازنده- قسمت پردازنده دارای ارتباطاتی با قسمت‌های مختلف داخل و خارج خود می‌باشد.
ب- حافظهٔ نیمه‌هادی
ج- ماژل‌های I/O
د- منبع تغذيه
در PLC‌های کوچک همهٔ موارد (پردازنده، I/O، منبع تغذیه در یک واحد و در PLC‌های بزرگتر هر یک در واحدی مجزّا جای داده شده‌اند.
حافظهٔ PLC دو نوع است:
· ROMیا حافظهٔ دائم (Read only memory)تراشه‌ایست خاص؛ حاوی برنامه‌ای که:
o توسط کارخانه سازنده تعبیه شده‌است.
o وظیفه‌ای مشابه سيستم عامل DOS در رایانه‌های شخصی دارد
o در حین عملیات CPU نمی‌تواند تغییر یابد یا پاک شود. حتّی به هنگام فطع تغذیه CPU
· RAM یا حافظهٔ موقّت (Random Access memory) تراشه‌ایست نیمه‌هادی که می‌توان در آن برنامه نوشت.
o ابزار برنامه نویسی، که معمولاً یک واحد پردازنده با صفحه نمایش و صفحه کلید می‌باشد (بعنوان مثال یک کامپیوتر شخصی، یک PLC در خانواده زيمنس) به‌عنوان یک واحد مجزا از طریق سیم به واحد اصلی متصل است.
o برنامه در این حافظه ذخیره می‌شود
o امکان برنامه ‌ریزی، تغییر و پاک کردن آنها توسط برنامه‌ ریز وجود دارد.
o حافظهٔ موقّت می‌تواند از نوعی غیر از RAM انتخاب شود.
• اطلاعات موجود در حافظه‌های RAM با قطع تغذیه، پاک می‌گردند.
• اغلب CPUها مجهز به یک باتری پشتیبان هستند. بنابراین اگر تغذیه ورودی قطع شود و درپی‌آن منبع تغذیه نتواند ولتاژ سیستم را تامین کند، باتریِ پشتیبان، برنامهٔ ذخیره شده در RAM را حفظ می‌کند.
انواع PLC ها

در صنعت PLC بیش از یکصد کارخانه با تنوع بسیار در طراحی و ساخت انواع مختلف PLC فعالیت می‌کنند. PLC‌ها را می‌توان از نظر اندازه، حافظه، تعداد ورودی/خروجی، وسعت عملیات (محلی یا وسیع) و ... دسته‌بندی نمود. باید توجه داشت که برای ارزیابی قابلیت یک PLC باید ویژگی‌های دیگری مانند پردازنده، زمان اجرای یک سیکل، سادگی زبان برنامه نویسی، قابلیت توسعه و ... را در نظر گرفت.
از نظر اندازه، حافظه، تعداد ورودی/خروجی

اندازه PLC
تعداد خطوط ورودی و خروجی
اندازه حافظه به کیلو
کوچک
۴۰/۴۰
۱
متوسّط
۱۲۸/۱۲۸
۴
بزرگ-S5
بیش از ۱۲۸/بیش از ۱۲۸
بیش از ۴

از نظر وسعت عملیات

PLCها با کاربرد محلی

کاربرد: کنترل سیستم‌هایی با حجم کوچک (تعداد ورودی و خروجی‌های محدود) و برای کنترل همزمان تعداد کمتری از پروسه‌ها یا کنترل دستگاه‌های مجزای صنعتی (به علت قابلیت محدودتر) ارائه: اغلب شرکت‌های سازنده، این نوع PLCها را همراه دیگر PLCها به بازار ارائه می‌دهند ولی برخی از شرکت‌های سازنده آنرا با نام میکرو PLC ارائه می‌نمایند. از جمله این نوع PLCها می‌توان به نمونه‌های زیر اشاره کرد:كه در پست mini plc به صورت كامل به آن اشاره شده است.

1. LOGO ساخت شرکت زیمنس آلمان
2. Zelio ساخت شرکت تله مکانیک فرانسه
3. مولر آلمان
4. LG کره

PLCها با کاربرد وسیع

کاربرد: کنترل سایت کارخانه‌ها.صنعتي
معمولا در صنایع بزرگ، PLCها یا پروزت‌های ورودی – خروجی در قسمت‌های مختلف سایت کارخانه وجود داشته و کنترل محلی بر قسمت‌های تحت پوشش خود انجام می‌دهند. سپس اطلاعات مورد نیاز با استفاده از روشهای مختلف انتقال داده‌ها به اتاق کنترل مرکزی منتقل شده و که در آن محل با استفاده از روش‌های مختلف مونیتورینگ صنعتی، اطلاعات به را شکل گرافیکی تبدیل کرده و بر روی صفحه مانیتور نمایش می‌دهند. در این حال اپراتور تنها با دانستن روش کار با رایانه و بدون نیاز به اطلاعات تخصصی می‌تواند سیستم را کنترل کند.
از جمله معروف ترین PLCها از این خانواده را که می‌توان نام برد عبارتند از:

1. S7 و S5 شرکت زیمنس
2. شرکت OMRON ژاپن
3. شرکت تله مکانیک فرانسه
4. شرکت میتسوبیشی ژاپن
5. شرکت LG کره
6. شرکت آلن برادلی آمریکا

از سایر نظرگاه ها

داشتن دیدگاه کاملی نسبت به تنوّع PLC ها مهمترین موضوع در انتخاب یک PLC مناسب است. لذا باید به این جنبه‌های تنوّع توجّه داشت

1. تعداد ورودی‌ها
2. تعداد خروجی‌ها
3. تعداد فلگ‌ها
4. تعداد شمارندگان(کانترها)
5. تعداد تایمرها
6. نوع فلگ‌ها و تایمرها
7. اندازه حافظه
8. سرعت اجرای برنامه SCAN TIME
9. نوع برنامه کاری دستگاه

از طرفی امروزه عموماً از PLCهای زیمنس S5 استفاده می‌شود. از طرفی هم بیشتر خط تولید‌های جدید رو به استفاده از نسخه جدید PLCهای زیمنس S7 رفته‌اند که در آن خیلی از مشکات نسخه قبلی رفع شده و کنترل‌ها بسیار ساده تر گردیده‌است.