PLC

امروزه در بين كشورهاي صنعتي ، رقابت فشرده و شديدي در ارائه راهكارهايي براي كنترل بهتر فرآيندهاي توليد ، وجود دارد كه مديران و مسئولان صنايع در اين كشورها را بر آن داشته است تا تجهيزاتي مورد استفاده قرار دهند كه سرعت و دقت عمل بالايي داشته باشند. بيشتر اين تجهيزات شامل سيستم‌هاي استوار بر كنترلرهاي قابل برنامه‌ريزي (Programmable Logic Controller) هستند. در بعضي موارد كه لازم باشد مي‌توان PLCها را با هم شبكه كرده و با يك كامپيوتر مركزي مديريت نمود تا بتوان كار كنترل سيستم‌هاي بسيار پيچيده را نيز با سرعت و دقت بسيار بالا و بدون نقص انجام داد.
قابليت‌هايي از قبيل توانايي خواندن انواع ورودي‌ها (ديجيتال ، آنالوگ ، فركانس بالا...) ، توانايي انتقال فرمان به سيستم‌ها و قطعات خروجي ( نظير مانيتورهاي صنعتي ، موتور، شير‌برقي ، ... ) و همچنين امكانات اتصال به شبكه ، ابعاد بسيار كوچك ، سرعت پاسخگويي بسيار بالا، ايمني ، دقت و انعطاف پذيري زياد اين سيستم‌ها باعث شده كه بتوان كنترل سيستم‌ها را در محدوده وسيعي انجام داد.  شاید تا به حال نام اتوماسیون صنعتی،فرآیند و آشناتر از همه PLC را شنیده باشید.اما آیا تا به حال به مفهوم این لغات  فکر کرده اید؟

تعاریف:

فرآیند: منظور از فرآیند مجموعه کارهایی است که بوسیله مجموعه عناصری روی مواد اولیه صورت می گیرد و ماده یا مواد دیگری را با تغییرات فیزیکی یا شیمیای تولید کند.

بطور مثال:

- فرآیند تولید کاغذ

- فرآیند تولید رنگ از ترکیب کردن مواد مختلف شیمیایی

برای کنترل قطعاتی که در فرآیند به کار گرفته می شود در دهه های گذشته اذ مدارات الکترومکانیکی یا سیتمهای پنوماتیکی استفاده می شده است.که می توان از آن میان به مدارات فرمان رله ای اشاره کرد.با پیشرفت علم الکترونیک و انقلاب نیمه هادی ها و میکروپروسس ها  در آن  کم کم انسان برای بالا بردن کیفیت و افزایش و بهینه سازی محصولات در کارخانه جات صنعتی انسان به فکر به کار گیری کامپیوتر ها در صنعت افتاد.

اتوماسیون صنعتی: به بهره گیری از کامپیوتر و وسایل الکترونیکی قابل برنامه ریزی(مانند PLC ) به منظور کنترل ماشین آلات صنعتی در اجرا یک فرآیند در صنعت که قبلا توسط انسان انجام می پذیرفت اتوماسیون صنعتی گفته می شود.

  :PLC(Programmable Logic Controller) یا کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی دستگاهی است که به عنوان مغز متفکر اتوماسیون صنعتی در حال کار می باشد.که جایگزین مدارات فرمان رله ای و جانشین انسان در کنترل یک فرآیند در صنایع مختلف گردید.

تارخچه سیستم های کنترل از گذشته تا به امروز:

رله ها:

تا اواسط دهة 1970 بسياري از سيستمها توسط رله هايي كه در تابلوهاي كنترل بزرگ قرار داشتند، كنترل مي شدند. اين رله ها معمولا ميزان قابل توجه اي گرما توليد مي كردند، همچنين مصرف انرژي زيادي داشته و با ولتاژهاي سطح بالا كار مي كردند.
سيستمهاي كنترل رله اي براي مهندسين و كارشناسان فني مشكلات زيادي ايجاد مي كردند. اتصالات سيم بندي شده معمولا خيلي زياد و به هزاران اتصال مي رسيد، اين موضوع منجر به وجود آمدن مشكلات زيادي به هنگام از دست دادن يكي از اتصالات مي شد. تايمرها به صورت پنوماتيكي بوده و به همين دليل نياز به تنظيمات دستي دوره اي داشتند كه اين امر باعث ايجاد مشكلاتي براي مهندسين مي شد.
به دليل اينكه رله ها يك عنصر مكانيكي هستند، روشن و خاموش شدن كويل رله ها به آهستگي صورت مي گرفت و همچنين زمان لازم براي عملكرد رله بسته به نوع آن متفاوت بود. اين مشكل ديگري بود كه در سيستمهاي رله اي وجود داشت. از لحاظ مكانيكي نيز رله ها نياز به نگهداري دوره اي براي تميز كردن كنتاكتها و يا تعويض كامل رله ها داشته اند. همچنين با توجه به محدوديت تعداد كنتاكتهاي موجود در رله ها بايد براي دستيابي به كنتاكتهاي بيشتر از رله ها به صورت موازي استفاده مي شده است.
ايجاد تغييرات به منظور تغيير در منطق عملكرد سيستم كنترل نياز به جا به جايي و يا برداشتن بعضي از سيمهاي سيم بندي شده داشت كه اين امر نيز منجر به اشتباهات زيادي مي شده است.

تغييرات ايجاد شده در سيم بندي نيز معمولا جايي به ثبت نمي رسيد كه باعث افزايش مشكلات در هنگام رفع اشكال مدار مي شده است. رفع اشكال نيز با مشكلات زيادي همراه بود كه شامل اندازه گيري ولتاژها، خواندن اسناد مربوط به تابلو كنترل، بيرون كشيدن سيمها از تابلو كنترل و دنبال كردن سيمها براي پيدا كردن قطعي و يا مشكلات در مسير سيم كشي مي شد. منطق كنترل نيز به شكل " منطق نردباني رله اي     (RLL)"ترسيم مي شده است. كه در اين روش "ستون هاي" عمودي نشان دهندة مسير قدرت مدار منطقي و "پله هاي" افقي نيز نشان دهندة منطق رله اي كنترل دستگاه بوده است.

PLCها:

وظيفه  PLCقبلا بر عهده مدارهاي فرمان رله اي بود كه استفاده ازآنها در محيط هاي صنعتي جديد منسوخ گرديده است.اولين اشكالي كه در اين مدارها ظاهر مي شودآن است كه با افزايش تعداد رله ها حجم و وزن مدار فرمان بسيار بزرگ شده، همچنين موجب افزايش قيمت آن مي گردد . براي رفع اين اشكال مدارهاي فرمان الكترونيكي ساخته شد ، ولي با وجود اين هنگامي كه تغييري در روند يا عملكرد ماشين صورت مي گيرد لازم است تغييرات بسياري در سخت افزار سيستم كنترل داده شود .

با استفاده از PLC تغيير در روند يا عملكرد ماشين به آساني صورت مي پذيرد، زيرا ديگر لازم نيست سيم كشي ها و سخت افزار سيستم كنترل تغيير كند و تنها كافي است چند سطر برنامه نوشت و به PLCارسال كرد تا كنترل مورد نظر تحقق يابد. كنترل كننده هاي منطقي برنامه پذير (PLC) براي رفع و يا كاهش استفاده از رله ها طراحي شده اند PLCها باعث كاهش سايز تابلوهاي كنترل و همچنين انرژي مصرفي سيستمهاي كنترل شده اند. در PLC هاي قديمي براي جلوگيري از سيم بندي دوبارة سيستمهايي رله اي كه با ولتاژ هاي سطح پايين كار مي كردند از ولتاژ 120VAC استفاده شده است.
عناصر ورودي به يك نقطه اتصال در PLC متصل مي شوند. از دست دادن اتصالات و قطعي آنها همچنان به عنوان مشكل باقي مانده است ولي با استفاده از PLC تعداد اتصالات به ميزان قابل توجه اي كاهش پيدا كرده است. تايمرها موجود در PLC الكتريكي بوده و بسيار باثبات تر از تايمرهاي پنوماتيكي قديمي است. امروزه تايمرهاي PLC به طرز باور نكردني دقيق هستند به طوري كه قابليت محاسبة زمان با دقت بسيار بالا را دارا مي باشند.
ماهيت حالت جامد PLC ها توانسته است بسياري از محدوديت هاي مكانيكي كه در سيستمهاي رله اي وجود داشته است را برطرف سازد. براي اتصال بسياري از خروجي هاي PLC به بارهاي خارجي هنوز از رله ها استفاده مي شود. اين رله ها در ساختار داخلي PLC داراي تعداد نامحدودي كنتاكت براي استفاده در برنامه نويسي هستند. بنابراين يك PLC مي تواند جايگزين هزاران هزار رله ولي در فضايي كوچك باشد.
برنامه نويسي مجدد به جاي تغيير در سيم بندي سيستم، براي تغيير منطق عملكرد سيستم كنترل استفاده مي شود. رفع اشكال با استفاده ازعناصر برنامه نويسي كه در عملكرد منطقي برنامه ديده مي شود انجام مي گيرد. اين روش بسيار ساده تر از دنبال كردن سيمها و يا تست كردن كنتاكت رله ها مي باشد.
بسياري از متخصصان برق براي خواندن منطق RLL براي نصب و رفع اشكال سيستمهاي كنترل رله اي دوره ديده اند. اين امر باعث شده تا در زبان برنامه نويسي PLC با الهام از منطق رله اي، از همان ديد برنامه نويسي با منطق رله اي استفاده شود، كه نمونة بارز آن زبان برنامه نويسي نردباني مي باشد.

مفهوم كنترلرهای قابل برنامه‌ریزی PLC:

در سیستم‌های اتوماسیون وظیفه اصلی كنترل بر عهدهPLC  است كه با گرفتن اطلاعات از طریق ترمینالهای ورودی، وضعیت ماشین را حس كرده و نسبت به آن پاسخ مناسبی برای ماشین فراهم می‌كند. امكان تعریف مدهای مختلف برای ترمینالهای ورودی/خروجی یك PLC، این امكان را فراهم كرده تا بتوان PLC را مستقیما به المانهای دیگر وصل كرد. علاوه بر این PLC شامل یك واحد پردازشگر مركزی( CPU) نیز هست، كه برنامه كنترلی مورد نظر را اجرا می‌كند. این كنترلر آنقدر قدرتمند است كه می‌تواند هزارها I/O را در مدهای مختلف آنالوگ یا دیجیتال و همچنین هزارها تایمر/ كانتر را كنترل نماید. همین امر باعث شده بتوان هر سیستمی، از سیستم كنترل ماشین‌هایی با چند I/O كه كار ساده‌ای مثل تكرار یك سیكل كاری كوچك انجام می‌دهند گرفته تا سیستم‌های بسیار پیچیده تعیین موقعیت و مكان‌یابی را كنترل 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 كنترل و استفاده نماید.  PLC ها سخت افزاري شبيه كامپيوتر دارند، البته با ويژگيهاي خاصي كه مناسب كنترل صنعتي است

زمان پاسخ‌گویی  Scan Time:

این زمان بستگی به سرعت پردازش CPU مدل انتخاب شده PLC و طول برنامه كاربر دارد. از یك میكرو‌ثانیه تا ده میلی ثانیه می‌باشد. مثلا در مواقعی كه I/O از سیستم اصلی دور باشد، چون مجبور به نقل و انتقال سیگنالها به سیستم دورتری هستیم در نتیجه زمان اسكن زیاد می‌شود. همچنین مانیتور كردن برنامه كنترلی اغلب به زمان اسكن می‌افزاید چرا كه CPU كنترلر مجبور است وضعیت كنتاكتها، 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، اتوماتیك و حس‌گرهای خودكار می‌باشد. قطعات ورودي نظیر شستی‌های استارت/ استوپ ، سوییچ‌ها، میكرو‌سوییچ‌ها، سنسورهای فتوالكتریك، proximity ،  level sensor ، ترموكوپل، 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 مكانیزم حركت و موقعیت جسم، تست كردن فشار مخازن و بسیاری موارد دیگر، استفاده می‌كند.
سیگنالهای ورودی یا دیجیتال هستند و یا آنالوگ، كه در هر صورت ورودی‌های PLC را توان در مدهای مختلف تنظیم و مورد استفاده قرار داد.

قطعات خروجی:

همانطوری كه می‌دانید یك سیستم اتوماسیون شده بدون داشتن قابلیت اتصال به قطعات خروجی از قبیل سیم‌پیچ، موتور، اینورتر، شیربرقی ، هیتر و ... كامل نخواهد بود. قطعت خروجی نحوه عملكرد سیستم را نشان می‌دهند و مستقیما تحت تاثیر اجرای برنامه كنترلی سیستم هستند در خروجی‌های PLC نیز مدهای مختلفی برای اعمال سیگنال به المانهای خروجی وجود دارد.

نقش كنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (PLC) در اتوماسیون صنعتی:

در یك سیستم اتوماسیون، PLC بعنوان قلب سیستم كنترلی عمل می‌كند. هنگام اجرای یك برنامه كنترلی كه در حافظه آن ذخیره شده است، PLC همواره وضعیت سیستم را بررسی می‌كند. این كار را با گرفتن فیدبك از قطعات ورودی و سنسورها انجام می‌دهد. سپس این اطلاعات را به برنامه كنترلی خود منتقل می‌كند و نسبت به آن در مورد نحوه عملكرد ماشین تصمیم‌گیری می‌كند و در نهایت فرمانهای لازم را به قطعات و دستگاههای مربوطه ارسال می‌كند.

مقایسه تابلوهای كنترل معمولی با تابلوهای  كنترلی مبتنی بر PLC:    

امروزه تابلوهای كنترل معمولی ( رله‌ای ) خیلی كمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. چرا كه معایب زیادی دارند. از آنجا كه این نوع تابلوها با رله‌های الكترو‌مكانیكی كنترل می‌شوند، وزن بیشتری پیدا می‌كنند، سیم‌كشی تابلو كار بسیار زیادی می‌طلبد و سیستم را بسیار پیچیده می‌كند. در نتیجه عیب‌یابی و رفع مشكل آن بسیار پرزحمت بوده و برای اعمال تغییرات لازم در هر سال و یا بروز كردن سیستم بایستی ماشین را بمدت طولانی متوقف نمود كه این امر مقرون به صرفه نخواهد بود. ضمنا توان مصرفی این تابلوها بسیار زیاد است.
با بوجود آمدن PLC، مفهوم كنترل و طراحی سیستم‌های كنترلی بطور بسیار چشمگیری پیشرفت كرده است و استفاده از این كنترلر‌ها مزایای بسیار زیادی دارد. كه به برخی از این موارد در زیر اشاره كرده‌ایم. كه با مطالعه آن می‌توان به وجه تمایز PLC  با سایر سیستم‌های كنترلی پی برد:

• سیم بندی سیستم‌های جدید در مقایسه با سیستم‌های كنترل رله‌ای تا 80٪ كاهش می‌یابد.
• از آنجاییكه PLC توان بسیار كمی مصرف می‌كند، توان مصرفی بشدت كاهش پیدا خواهد كرد.
• توابع عیب یاب داخلی سیستم PLC ، تشخیص و عیب‌یابی سیستم را بسیار سریع و راحت می‌كند.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.     

کنترل منطقی چیست؟

کنترل منطقی عبارت است از کنترلی که در آن صدور فرمانها ،مستلزم برآورده شدن یکسری توابع و خواست های منطقی باشد و دستگاه PLC می تواند این نیاز را برطرف کند.
میدانیم که قبل از آمدن سیستم های کنترل منطقی ، وظیفه کنترل صنعتی بر عهده مدار های فرمان الکتریکی بوده است ، مدارات الکتریکی مشکلات بسیاری داشتند که PLC ها آنها را رفع نمودند.

PLCها مزایای بسیاری نسبت به مدارات فرمان الکتریکی دارند که ازجمله می توان به موارد زیر اشاره

1)استفاده از PLC موجب کاهش حجم تابلو های فرمان و کاهش در هزینه های لوازم وقطعات می گردد.
2) با استفاده از PLC استهلاک مکانیکی قطعات ازبین رفته ، عمر مفید سیستم به اندازه قابل توجهی
زیاد می شود
3)دستگاه PLC با جریان و ولتاژهای پایین کار کرده در نتیجه انرژی کمتری مصرف می نماید.
4)سیستم هایPLC در مقابل نویز های الکتریکی و صوتی ایزوله هستند.
5)طراحی مدارها در سیستم های PLC بسیار راحت صورت می گیرد و در صورت نیاز به تغییرات ، به
آسانی و مدت زمان کم می توان بدون انجام تغییرات در کل مدار، برنامه را عوض کرد.
6)عیب یابی وتهلیل مدارات خیلی راحت صورت می گیرد.
7)سرعت عمل ودقت در انجام مراحل مختلف از خصوصیات مهم سیستم های PLC می باشد.

 

در صنعت دو نوع کنترل موجود است:

الف) کنترل سخت افزاری   ب ) کنترل نرم افزاری

 

قسمت هی اصلی PLC:

همان طور که در قبل هم اشاره شد PLC شبیه کامپیوتر است، پس دستگاهPLC ساختمان داخلی شبیه به کامپیوتر معمولی دارد.

 

در صنعت PLC بيش از يكصد كارخانه با تنوع بيش از هزار مدل از انواع مختلف PLC فعاليت مي نمايند. اين نمونه هاي مختلف داراي سطوح مختلفي از كارآِيي مي باشند. PLC ها را مي توان از نظر اندازه حافظه يا تعداد ورودي / خروجي دسته بندي نمود

PLC هاي متوسط: اين PLC ها ساختار مدولار دارند. در نتيجه توسعه يا تغيير آنها ساده است و تنها با اضافه نمودن يا تغيير مدولها صورت مي گيرد. مدولها به گونه اي محلم ساخته مي شوند تا در محيط هاي صنعتي كاركرد مطمئن داشته باشند. از اين PLC ها در مواردي استفاده مي شود كه تعداد خطوط I/O زياد و توسعه سيستم در آينده محتمل باشد. امكانات ارتباطي اين PLCها زياد است و مي توان از آنها در كنترل گسترده استفاده نمود. برنامه ريزي اين PLC ها به صورت گرافيكي نيز ميسر است.

PLCهای بزرگ: در مواردي كه تعداد ورودي/ خروجي بسيار زياد است و يا عمليات كنترلي پيچيده است از PLC هاي بزرگ استفاده مي گردد. از اين PLC ها براي هدايت تعدادي PLC كوچك نيز استفاده مي گردد. 
 

از بارز ترين ويژگيهاي اين PLC هاي مي توان به موارد زير اشاره كرد: 

- پردازنده 16 بيتي براي انجام عمليات محاسباتي 

- پردازنده يك بيتي براي انجام عمليات موازي و تسريع در شمارش و ذخيره 

- حافظه زياد 

- عيب يابي و نمايش وضعيت 

- ارتباط با اجزاي كنترل گسترده 

- كنترل حلقه بسته 

و موارد ديگر… 

 

برنامه نويسي PLCهاي بزرگ معمولا با استفاده از زبانهاي سطح بالا صورت مي گيرد 
البته براي ارزيابي يك PLC بايد به ويژگي هاي ديگر نظير پردازنده، زمان اجراي يك سيكل، سادگي زبان برنامه نويسي، قابليت توسعه و غيره را در نظر گرفت. 
در يك تقسيم بندي PLC ها در دوغالب PLC هاي با كاربرد محلي و PLC هاي با كاربرد وسيع تقسيم مي گردند.

PLC ها با كاربرد محلي: 
اين نوع PLC ها براي كنترل سيستم هاي با حجم كوچك با تعداد ورودي و خروجي هاي محدود استفاده مي گردند. به علت قابليت محدودتر ، اين نوع PLC ها براي كنترل همزمان تعداد كمتري از فرايند ها يا كنترل دستگاه هاي مجزاي صنعتي مورد استفاده قرار مي گيرند. اغلب شركت هاي سازنده، اين نوع PLC ها را به همراه ساير PLC به بازار ارائه نموده اند ولي برخي از شركت هاي سازنده آن را با نام ميكرو PLC به بازار ارائه مي نمايند ، از جمله اين نوع PLC مي توان به نمونه زير اشاره كرد: 

1- ميني PLC ساخت كارخانه زيمنس آلمان با نام LOGO 

2- ميني PLC ساخت كارخانه تله مكانيك فرانسه با نام Zelio 

3- PLC مولر آلمان 

4- PLC ، LG كره

PLC ها با كاربرد گسترده: 

اين نوع PLC ها براي كنترل سايت كارخانجات بزرگ استفاده مي شود. معمولا در اين كارخانجات ؛ PLC ها در قسمت هاي مختلف سايت كارخانه وجود داشته و كنترل محلي بر قسمت هاي تحت پوشش خود انجام مي دهند و اطلاعات مورد نياز را با استفاده از روشهاي گوناگون به اتاق كنترل مركزي منتقل مي كنند كه در آن محل با استفاده از روش هاي مختلف مونيتورينگ صنعتي ، اطلاعات به شكل گرافيكي تبديل كرده و بر روي صفحه مونيوتور نمايش مي دهند. در اين حال اپراتور تنها با دانستن روش كار با كامپيوتر و بودن نياز به اطلاعات تخصصي مي تواند سيستم را كنترل كند. 

از جمله اين PLC ها مي توان به نمونه هاي زير اشاره كرد: 

1- خانواده PLC هاي S5 و S7 

2- خانواده PLC هاي OMRON ژاپن 

3-خانواده PLC هاي تله مكانيك فرانسه 

4-خانواده PLC ميتسوبيشي ژاپن 

5-خانواده PLC هاي LG كره 

6-خانواده PLC آلن برادلي امريكا

مقدمه ای بر سیستمهای DCS & PLC و کنترلرهای واحدهای پتروشیمی:

هر سیستم کنترلی در یک حلقه بسته شامل :

1)   سنسور: که پارامتر کنترل شونده را اندازه گیری کرده که این مقدارمی تواند دما،فشار،لول،فلو ویا هر پارامتر دیگری باشد در بخشهای قبلی این سنسورها تا حدودی مورد بررسی قرار گرفت.

2)   DCS یا PLC: این قسمت وظیفه دارد مقدار قرائت شده سنسور را آنالیز کرده و مرتبط با سیستم بسته به نوع کنترل شوندگی بصورت دیجیتال یا آنالوگ دستور و فرمان لازم را به قسمت مربوطه صادر نماید.

3)  کنترلر: نوع کنترلربستگی به نوع فرمان میباشد میتواند TC :کنترلر دما  PC: کنترلر فشار    LC: کنترلر لول  FC: کنترلر فلو و یا هر پارامتر دیگری باشد.این کنترلر نیزمی تواند یا بصورت ON/OFF ویا بصورت درصدی کنترل نماید.در هر دو حالت سیگنالی جهت تعیین وضعیت کنترلر به قسمت DCS یا PLC ارسال می گردد.

4)محرک : یا قسمت فرمان گیرنده وظیفه دارد با توجه به دستور صادره از کنترلر را اجرا نموده و مثلا یک کنترل ولو را در نظر بگیرید که مسیر بخار یا CW¹ را باز و بست می نماید.

در شکل زیر یک نمونه از حلقه کنترلی را مشاهده می نمایید که تجهیزات وسیگنالهالهای کنترلی را نشان میدهد و قرار است دمای یک مخزن کنترل شود این نوع کنترل شوندگی در صنعت مثلا پتروشیمی می تواند کنترل دمای مخزن ساخت کاتالیست باشد که کنترل پارامتر دما از حساسیت بالایی برخورداراست واین میزان در حد دهم یا صدم درجه است.

انوع کنترلرها یا کامپیوترهای کنترلی:

1. Pneumatic controllers
2. Electronic analog controllers
3. Supervisory control computers
4. Distributed Control Systems (DCS)
5. Field bus technology

سیستمهای کنترل کامپیوتری:

برپایه سیستمهای پردازش مرکزی توسط کامپیوترهای دیجیتال می باشد.قابلیت ذخیره و بازیابی اطلاعات توابع خطا و بهینه سازی سیستم را دارد.برای اولین بار در یک پالایشگاه در سال 1959 نصب گرید.این نوع سیستمها بدلیل انعطاف پذیری فاقد خطا خواهد بود.

مقايسه سيستمهاي كنترلي مختلف:

به طور كلي چهار سيستم كنترلي وجود دارد:

1. سيستمهاي رله اي از قديمي ترين سيستم كنترلي هستند. در اين سيستمها كليه عمليات كنترلي با استفاده از رله ها انجام مي پذيرد.
2. سيستمهاي كنترلي مبني بر مدارهاي منطقي. در اين سيستم ها از دروازه هاي منطقي و تراشه هاي كوچك براي پياده سازي عمليات منطقي استفاده مي شود.
3. كنترل با كامپيو تر شخصي
4. كنترل مبني بر PLC.

برخي از معايب يا توجهات خاص در بكارگيري سيستمهاي PLC:

1) كاربردهايي با برنامه ثابت: شايد استفاده از PLC كه قابليت هاي برنامه ريزي زيادي دارد،در صورت نياز نداشتن به آنهامقرون بصرفه نباشد مانند كنترل كننده هاي غلتكي/دنبالگر.برخي از سازندگان تجهيزات براي كاهش هزينه ها، هنوز از سيستمهاي غلتكي مكانيكي استفاده مي كنند.تغيير كارها غلتك ها بندرت تغيير مي كند بنابراين قابليت تغيير برنامه ريزي PLCها در اينجا جندان اهميت ندارد

2) ملاحظات محل كار: برخي پارامترهاي محيط مانند: دماي بالا،ارتعاشات، تداخلات الكترو مغناطيسي ، عواملي هستند كه كاربرد PLCها را محدود مي كنند.

3) عملكرد ايمن در برابر اشتباه : در سيستمهاي رله اي فشردن كليد توقف، برق مدار را قطع مي كند و همينطور قطع منبع برق، باعث خاموش شدن سيستم مي شود. بعلاوه سيستهاي رله اي هنگام وصل مجدد برق بطور خودكار روشن نمي شوند. البته اين موضوع از طريق برنامه نويسي در مورد PLC نيز قابل اعمال است. اما در بعضي از برنامه هاي PLCممكن است براي متوقف ساختن يك وسيله نياز به اعمال ولتاژ ورودي باشد ، اين گونه سيستمهادر مقابل اشتباه ايمن نيستندالبته اين نقص با افزودن رله هاي حفاظتي به سيستم PLC رفع مي شود.

4) عملكرد مدار ثابت: اگر سيستم مورد نظر هرگز نياز به تغيير نداشته باشد ، يك سيستم كنترل ثابت (مانند غلتك مكانيكي) هزينه كمتري نسبت به PLCخواهد داشت PLC ها در جاييكه بطور دوره ايي در عمليات تغيير ايجاد مي شود، از كارايي بيشتري بر خوردارند.

سخت افزار PLC:

قسمتهاي تشكيل دهنده يك سيستم PLCبه صورت زير تقسيم مي شود:

• واحد منبع تغذيه  PS. (Power Supply)

• واحد پردازش مركزي CPU

• حافظه

• ماژولهاي ورودي

• ماژولهاي خروجي

• ماژولهاي تغيير شكل سيگنال

• ماژول ارتباط پروسسوري (Communication Processor(CP))

ماژول رابط (Interface Module(IM))

• بدنه و قفسه ها (Racks and Chassis)

ماژول منبع تغذيه(PS)  :منبع تغذيه ولتاژهاي مورد نياز PLC را تامين مي كند. اين منبع معمولا از ولتاژهاي 24Vdc و 110Vacيا 220Vac،ولتاژ 5Vdc را ايجاد مي كند. ماكزيمم جريان قابل دسترسي منطبق با تعداد ماژولها ي خروجي مصرفي است. جهت دستيابي به راندمان بالا معمولا از منابع تغذيه سوئيچينگ استفاده مي شود. براي تغذيه رله ها و محركها (Actuator) معمولا از ولتاژ 24Vdc بصورت مستقيم و بدون هيچ كارت ارتباطي استفاده مي شود.

واحد پردازش مركزي يا: CPUوظيفه اين واحد، دريافت اطلاعات از وروديها، پردازش اين اطلاعات مطابق دستورات برنامه و صدور فرمانهايي است كه به صورت فعال يا غير فعال كردن خروجي ها ظاهر مي شود.

حافظه:در حالت كلي در PLC ها دو نوع حافظه وجود دارد:

• حافظه موقت يا: RAM كه محل نگهداري فلگ ها، تايمر ها، شمارنده ها و برنامه هاي كاربردي كاربر است.

• حافظه دائم: (EEPROM , EPROM) كه جهت نگهداري و ذخيره هميشگي برنامه كاربر استفاده مي شود.

در مواردي از RAM هاي CMOSكه باتري پشتيبان دارند استفاده مي شود،بدين ترتيب در صورت قطع برق اطلاعات انها حفظ مي گردد.

ماژولهاي ورودي:ورودي هايي كه در سيستم هاي PLC مورد استفاده قرار مي گيرند در حالت كلي به صورت زير مي باشند:

الف) وروديهاي ديجيتال(Digital Input)

ب) ورودي هاي آنالوگ(Analog Input)

الف( وروديهاي ديجيتال:اين وروديها معمولا بصورت سيگنالهاي 0يا 24ولتdc مي باشند . گاهي براي پردازش به تغيير سطح ولتاژ نياز دارند. معمولا براي انجام اين عمل ماژولهايي خاص در PLC در نظر گرفته مي شود.

جهت حفاظت مدارهاي داخلي PLC از خطرات ناشي از اشكالات بوجود آمده در مدار يا براي جلوگيري از ورود نويزهاي موجود در محيط هاي صنعتي،ارتباط وروديها با مدارت داخلي PLC توسط كوپل كننده هاي نوري انجام مي گيرد. بدليل ايزوله شدن ورودي ها از بقيه اجزاي مدار داخلي PLC ، هرگونه اتصال كوتاه و يا اضافه ولتاژ نمي تواندآسيبي به واحدهاي داخلي PLC وارد آ ورد.

ب(ورودي هاي آنالوگ:اين گونه وروديها در حالت استاندارد  4-20 mA و يا mA  0-20 بوده ،مستقيما به ماژول آنالوگ متصل مي شوند. ماژولهاي ورودي آنالوگ، سيگنالهاي دريافتي پيوسته رابه مقادير ديجيتال تبديل نموده و سپس مقادير ديجيتال حاصل توسطCPU پردازش مي شود.

ماژولهاي خروجي: خروجي هاي استفاده شده در PLCها به دو صورت زيرمي باشند:

الف(خروجيهاي ديجيتال:اين فرمانهاي خروجي به صورت سيگنالهاي 0 تا 24 ولت DCبوده كه در خروجي ظاهر مي شوند. بنابراين هر خروجي از لحاظ منطقي مي تواند مقادير “0” يا “1” را داشته باشد. اين سيگنالها به تقويت كننده هاي قدرت يا مبدل هاي الكتريكي ارسال مي شوند تا مثلا ماشين را به حركت در آ ورند يا آنرا از حركت باز دارند.

ب(خروجيهاي آنالوگ: سطوح ولتاژ و جريان استاندارد خروجي مي تواند يكي از مقادير ،4-20mA ، 0- 20mA باشد. معمولا ماژولهاي خروجي آنالوگ، مقادير ديجيتال پردازش شده توسط CPU را به سيگنالهاي آنالوگ مورد نياز جهت پروسه تحت كنترل تبديل مي نمايند. اين خروجي ها بوسيله واحدي به نام Isolator از ساير قسمتهاي داخلي PLC ايزوله مي شوند. بدين ترتيب مدارت حساس داخلي PLC از خطرات ناشي از امكان بروز اتصالات نا خواسته خارجي محافظت مي گردند.

ماژول تغييرشكل سيگنال: در مواقعي كه سيگنالهاي موجود درمحدوده استانداردنباشند،لازم است از يك ماژول تغيير شكل دهنده استفاده شودتا محدوده سيگنالها را تغيير داده و به محدوده استاندارد تبديل كند.

ماژول ارتباط پروسسوري: (CP) اين ماژول ارتباط بين CPU مركزي را با CPU هاي جانبي بر قرار مي سازد.

ماژول رابط: (IM) در صورت نياز به اضافه نمودن واحد هاي ديگرورودي و خروجي به PLC يا جهت اتصال پانل اپراتوري و پروگرامر،به PLCاز اين ماژول ارتباطي استفاده مي شود. در صورتي كه چندين PLC بصورت شبكه به يكديگر متصل شوند. از واحد IM جهت ارتباط آنها استفاده مي شود.

ورودي/خروجي دور دست و ارتباط با آنها:

هنگاميكه تعداد زيادي ورودي /خروجي در فاصله اي دوروجود دارد،اتصال مستقيم آنها به PLC نياز به اتصالات زيادي دارد كه مقرون به صرفه نيست،دراين مواقع يك واحدI/O در مكان لازم نصب مي شودوبايك زوج سيم به PLC متصل مي گردد. واحد I/O اطلاعات مربوط به ورودي/خروجي ها را از طريق اتصال سريال به PLC ارسال و دريافت مي كند. باتوجه به اينكه واحد I/O تا PLCممكن است به چند هزار متر برسد،صرفه جويي زيادي در هزينه ها مي شود. در سيستمهاي بزرگ ممكن است چندين PLC وجودداشته باشد كه همگي تحت نظارت يك PLC اصلي عمل مي كنند.معمولا برنامه كنترلي در PLC اصلي اجرا مي شود و PLCهاي ديگر فقط وظيفه ارتباط با واحد هاي I/Oرا به عهده دارند.

انواع محيطهاي برنامه نويسي و امكانات نرم افزاري در PLC

امروزه استاندارد هاي خاص بيت المللي مثل IEC 1131 براي برنامه نويسي و كار با PLC ها وجود دارد كه اغلب شركت هاي سازنده و طراح PLC كه معمولا نرم افزارهاي مخصوص PLC هاي خودشان را توليد مي كنند. از اين روشهاي استاندارد شده پيروي مي كنند و فقط تفاوتهاي جزيي در نرم افزارهاي آنها به چشم مي خورد كه اكثر آنها هم در اثر تفاوتهاي سخت افزاري سيستم هاي طراحي شده بوجود مي آيند.اما در اين بخش زبانها و محيطهاي مختلف برنامه نويسي به طور مختصر و خلاصه به طور عمومي و كلي مورد بررسي قرار مي گيرد تا در برخورد هاي احتمالي با اين محيطها دچارسردرگمي نشويد.

بطور كلي مي توان زبانها برنامه نويس PLCرا به پنج دسته تقسيم كرد:

• زبان SFC يا Sequential Function Chart Language

• زبان FBD يا Function Block Diagram Language

• زبان LD يا Ladder Diagram Language

• زبان ST يا Structured Text Language

• زبان IL يا Instruction List Language

پنج زبان فوق زبان هاي استاندارد و شناخته شده PLC ها هستند و كمپاني هاي سازنده سخت افزار و نرم افزار PLCها با وجود اختلاف هاي جزيي كه ممكن است در نام يا ظاهر نرم افزار هايشان با نمونه هاي اصلي و جود داشته باشد، همگي بر اساس همين روشهاي استاندارد شده حركت مي كنند.