آشنایی با PLC

PLC

در کمتر از نیم قرن اخیر، با توجه به پیشرفت تکنولوژی حالت جامد و روی کارآمدن ریزپردازنده­ها­، سیستم های کنترل صنعتی نیز دستخوش تحولات چشمگیری شده­اند، به طوری که می­توان گفت قطعات و تجهیزاتی که اخیراً در مدارهای کنترل فرآیندهای صنعتی به کاربرده می­شوند، با تجهیزات به کار رفته در مدارهای حتی پانزده سال گذشته تفاوت­های فراوانی دارند و این تفاوت­ها عمدتاً ناشی از به­کارگیری تجهیزات الکترونیکی است.

PLCها از سال 1969 در صنعت بکار گرفته شدند و کارخانه Genral Motors اولین کارخانه ای بود که در آن از LC استفاده شد. از سال 1974، معرفی میکروپروسسورها به عنوان مغز سیستم کنترل، موجب کنارگذاشتن مدارهای رله/کنتاکتوری و استفاده از کنترل کننده­های قابل برنامه ریزی منطقی ( PLC ) به جای آن­ها شد.

امروزه طراحان خطوط تولید وماشین آلات و پروسه­های صنعتی تمایل چندانی به استفاده از مدارات رله/کنتاکتوری ندارند و باید گفت استفاده از مدارهای رله/کنتاکتوری ، در پروسه­های صنعتی بزرگ و پیچیده تقریباً منسوخ شده است. به دنبال این تحولات، در کشور ما نیز در بسیاری از کارخانه­ها و مراکز صنعتی ، به خصوص آنهایی که از سالهای 1980 به بعد نصب و راه­اندازی شده­اند، از سیستم­های PLC استفاده شده است. همچنین در صنایع قدیمی­تر نیز ماشین آلات جدید با کنترل کننده­های پیشرفته، جانشین ماشین­آلات قدیمی می­شوند. اكنون شركتهاي مختلفي در جهان در زمينه ساخت و كاربرد PLC فعاليت دارند و سهم آن­ها از بازار تولید و فروش PLCها، مطابق جدول ‏2‑1 است.

جدول ‏2‑1 سهم شرکت­های مختلف از بازار تولید و فروش تجهیزات PLC

برای جبران مشکلات استفاده از مدارات رله/کنتاکتوری در مراکز صنعتی، سیستم­های کنترلی الکترونیکی مبتنی بر ریزپردازنده­ها توسعه یافتند و پس از تکمیل وتوسعه کمی و کیفی، به صورت مدارت دیجیتال قابل برنامه­ریزی، به تدریج جایگزین سیستم­های رله/کنتاکتوری شدند. توانایی پردازش سیگنال­های آنالوگ و دیجیتال را دارا هستند و اطلاعات جمع­آوری شده از حسگر­ها و شرایط تجهیزات را مطابق برنامه داده شده به آن­ها، پردازش نموده، فرامین کنترلی لازم را برای تجهیزات موجود در فرآیندهای صنعتی تولید و ارسال می­کنند. در موارد زیر به برخی از نقاط ضعف مدارات رله/کنتاکتوری اشاره شده است.

الف- هنگامی که فرآیندهای صنعتی و نیازمندی­های کنترلی مرتبط با آن­ها بزرگ و پیچیده می­شوند، تعداد قطعات لازم ( رله ، تایمر ، شمارنده و … ) بیشتر می­شوند، بنابراین حجم تابلو کنترل بزرگ­تر شده و در نتیجه فضای بیشتری را اشغال می کند.

ب – با ازدیاد قطعات مصرفی، هزینه تمام شده مدارات کنترل و فرمان افزایش می­یابد.

پ – مدارات الکترومکانیکی (رله و کنتاکتور) در مقایسه با مدارات الکترونیکی، دارای مصرف توان بیشتری هستند.

ت – به دلیل تلفات انرژی بالا در مدارهای الکترومکانیکی (رله و کنتاکتور)،  نیاز به تهویه مناسب در تابلو مرکزی وجود دارد.

ث – مونتاژ یک تابلو فرمان با سیم کشی­های زیاد و پیچیده، مستلزم صرف زمان زیاد و به­کارگیری نیروی ماهر و متخصص است.

ج – استهلاک قطعات الکترومکانیکی به سبب دارا بودن قسمت­های مکانیکی زیاد است.

چ – احتمال اشتباه در مونتاژ زیاد است و برای عیب­یابی مدارات فرمان الکترومکانیکی، الگوریتم و منطق خاصی را نمی­توان پیشنهاد کرد.

ح – تابلوی فرمانی که برای یک پروسه خاص ساخته شده ، قابل استفاده جهت کنترل پروسه دیگری نیست و کاربردی منحصر بفرد دارد و تغییر روش و با تغییر نیازمندی­های کنترلی، مستلزم تغییر سیم­کشی و اضافه یا کم کردن قطعات است که موجب اتلاف در زمان و هزینه می­شود.

سیستم­های کنترلی مبتنی بر PLC، به جز نیاز به مونتاژ و برنامه­ریزی توسط نیروی ماهر و متخصص، هیچ­یک از معایب بالا را ندارند.

 دسته بندي PLC ها

براي ارزيابي قابليت يك PLC، بايد ويژگي­هايی نظير نوع پردازنده، زمان اجراي يك سيكل، سادگي زبان برنامه­نويسي، قابليت توسعه، تعداد ورودي­ها و خروجي­ها، ظرفيت حافظه، تعداد پرچم­های برنامه وتعداد شمارنده­ها و زمان­سنج­ها مورد بررسی قرار گیرند. در يك تقسيم­بندي، PLC ها از لحاظ شكل ظاهري به دو گروه یکپارچه ومدولار تقسیم­بندی می شوند.

PLC های یکپارچه

يك PLC كوچك معمولا به صورت يكپارچه ساخته مي­شود  وتا حدود 40 ورودي و خروجي دیجیتال دارد. اين نوع PLC ها براي كنترل سيستم­هايي با حجم كوچك با تعداد ورودي و خروجي­هاي محدود استفاده می­شوند. به علت محدودیت در قابلیت­های PLCهای کوچک، اين نوع از PLCها براي كنترل همزمان تعداد كمتري از پروسه­ها و يا كنترل دستگاه­هاي مجزاي صنعتي مورد استفاده قرار مي­گيرند . اغلب شركت­هاي سازنده ، اين نوع PLC ها را به همراه ساير PLC ها به بازار عرضه کرده­اند ولي برخي از شركت هاي سازنده آن را با نام ميكرو PLC به بازار عرضه مي­نمايند . ازجمله اين نوع PLC ها مي توان به نمونه هاي زير اشاره كرد :

1- Mini-PLC ساخت شرکت زيمنس آلمان با نام LOGO

2- Mini-PLC ساخت شرکت تله مكانيك فرانسه با نام Zelio

3- PLC برند مولر آلمان

4-PLC برند LG كره

PLC هاي مدولار

اين نوع PLC ها براي كنترل كارخانه­جات بزرگ، از جمله كارخانه­جات سيمان، پتروشيمي و… استفاده مي­شوند. معمولاَ در اين نوع صنايع، PLC ها يا پورت­هاي ورودي/خروجي درقسمت­هاي مختلف سايت كارخانه وجود داشته و كنترلي محلي بر قسمت هاي تحت پوشش خود انجــام مي­دهند. سپس اطلاعات مورد نياز با استفاده از پروتکل­های استاندارد تبادل داده، به اتاق كنترل مركزي منتقل می­شود. در اتاق کنترل مرکزی، با استفاده از روش­هاي مختلف مونيتورينگ صنعتي، اطلاعات را به شكل گرافيكي تبديل كرده و برای کاربر نمايش مي­دهند. در اين شرایط، کاربر سیستم تنها با دانستن روش كار با كامپيوتر و بدون نياز به اطلاعات تخصصي، مي تواند سيستم را كنترل نمايد. يك  PLC مدولار، در انواع متوسط و بزرگ مورد استفاده قرار مي­گيرد و شامل كارت­هاي مختلف است که به ترتيب روي قفسه[1] و در داخل شکاف[2]­ها نصب مي شود. از جمله اين PLC ها مي­توان به نمونه­هاي زير اشاره كرد:

1- خانواده PLC هاي S5 و S7 زيمنس آلمان

2- خانواده PLC هاي OMRON ژاپن

3- خانواده PLC تله مكانيك فرانسه

4- خانواده PLC ميتسوبيشي ژاپن

5- خانواده PLC  برند LG كره

6- خانواده PLC آلن برادلي آمريكا

قسمت­هاي اصلي PLC

هر تابلو کنترل مبتنی بر PLC، شامل عناصر زیر است:

1- منبع تغذيه

2-CPU : واحد پردازش مر كزي

3- حافظه

4-INPUTS TERMINAL  :ترمينال­هاي ورودي

5-OUTPUT TERMINALS  : ترمينال­هاي خروجي

6- RACK یا قفسه (برای قرار دادن کارت­های الکترونیکی و اتصالات)

7- ارتباطات

در نمونه­های صنعتی، كليه ماژول­هاي بالا روي قفسه سوار می­شوند و توسط كابل­هاي Ethernet، MPI یا Profibus با يكديگر ارتباط برقرار مي­كنند. شکل ‏2‑1، یک Mini-PLC مدل LOGO و شکل ‏2‑2، بخشی از عناصر سیستم PLC مدولار خانواده S-1200 ساخت شرکت زیمنس را نمایش می­دهد.

شکل ‏2‑1 یک Mini-PLC مدل LOGO

شکل ‏2‑2 بخشی از عناصر سیستم PLC مدولار خانواده S-1200 ساخت شرکت زیمنس

[1]  Rack

[2] Slot