خدمات وبسایت آی‌سی‌تی نیـــک

طراحی و ساخت انواع پروژه‌های الکترونیکی با: میکروکنترلرavr - میکروکنترلرarm - میکروکنترلرpic و آردوینو

مقالات و آموزش‌های رایگان در سطوح پایه و حرفه‌ای برای الکترونیک و آی سی تی - ICT

پی ال سی چیست -همه چیز درباره plc

منتشر شده در واژه نامه تخصصی

PLC

PLC از عبارت Programmable Logic Controller به معنای کنترل کننده قابل برنامه ریزی گرفته شده است.کلمه PLC به عنوان نشان تجاری ثبت شده شرکت Allen Bradley است.لذا شرکتهایی همچون Siemens از لغات دیگری مانند simatec،sirotec و.. استفاده می کنند.

PLC کنترل کننده ای نرم افزاری است که ورودی ها را دریافت می کند و آنها را طبق برنامه ای که در حافظه اش ذخیره شده،پردازش می نماید و سپس نتیجه عملیات را از قسمت خروجی به صورت فرمان هایی به گیرنده و اجراکننده های فرمان، ارسال می کند.

plc 1

آنچه در این مطلب می خوانید شامل :

  • تعریف plc
  • مزایای plc
  • بلوک دیاگرام plc
  • اصول کارکرد و قسمت های مختلف یک PLC
  • بخش ورودی
  • CPU
  • بخش خروجی
  • مفاهیم پایه در عملکرد یک سیستم PLC
  • ماژل‌های I/O
  • حافظه ها
  • منبع تغذیه
  • انواع PLC ها
  • PLCها با کاربرد محلی
  • PLCها با کاربرد وسیع
  • مقیاس و نوع دستگاه
  • برنامه‌نویسی PLC
  • نکاتی در هنگام خرید

 

وظیفه PLC در گذشته بر عهده مدارهای فرمان رله ای بود که استفاده از آنها امروزه در محیطهای صنعتی منسوخ گردیده است.مشکل اساسی این مدارها در این است که با افزایش تعداد رله ها حجم و وزن مدار فرمان بسیار بزرگ می شود و در نتیجه افزایش قیمت فرایند را به دنبال خواهد داشت.برای رفع این اشکال مدارهای فرمان الکترونیکی ساخته شد،ولی با وجود این هنگامی که تغییری در روند یا عملکرد ماشین صورت می گرفت لازم بود تغییرات بسیاری در سخت افزار سیستم کنترل داده شود.با استفاده از PLC تغییر در روند یا عملکرد ماشین به آسانی صورت می پذیرد،زیرا دیگر لازم نیست سیم کشی ها و سخت افزار سیستم کنترل تغییر کند و تنها کافی است که تغییرات را در برنامه ایجاد نمود و به PLC ارسال کرد تا هدف مورد نظر تحقق یابد.

PLC کنترل‌گر است مانند مدار فرمان الکتریکی.
PLC منطقی ست برخلاف مدار فرمان الکتریکی.

 

مزایای plc

PLC ها سخت افزاری شبیه کامپیوتر دارند،البته با ویژگی های خاصی که مناسب کنترل صنعتی است که از این ویژگی ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • مقاوم در برابر نویزهای موجود در محیط صنعتی
  • بهره مندی از ساختار ماژولار(چند بخشی قابل اتصال) جهت تعویض آسان بخش های مختلف
  • اتصالات ورودی خروجی و سطوح سیگنال استاندارد
  • زبانهای برنامه نویسی ساده و متنوع
  • امکان تغییر برنامه در هنگام کار

مجموعه دلایل فوق باعث شده اند تا PLC ها روز به روز کاربرد بیشتری در صنایع پیدا نمایند.

برنامه‌های داده شده به PLC در حافظهٔ آن ذخیره می‌شوند. PLC دو نوع حافظه دارد :موقت (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. در ادامه در مورد حافظه ها بیشتر بحث می کنیم.

بلوک دیاگرام ساختمان PLC

یک PLC با امکان ذخیره سازی برنامه ساختاری مشابه با کامپیوترها دارد.با این تفاوت که PLC به عنوان بخش پردازش و کنترل یک پروسه صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.

مانند آنچه در شکل زیر مشاهده می شود ورودی ها اطلاعات لازم را به PLC منتقل کرده و PLC نیز بر طبق نیاز سیستم کنترلی و بر مبنای برنامه ای که در داخل آن نوشته شده است خروجی ها را کنترل می کند.

plc 8

 PLCها در اصل از یک منبع تغذیه،واحد دریافت سیگنالهای ورودی،واحد پردازش مرکزی همراه با ریزپردازنده،حافظه ذخیره سازی برنامه،واحد ارسال سیگنالهای خروجی و… تشکیل شده اند.در PLC نحوه کنترل پروسه به صورت یک برنامه در حافظه آن ذخیره می شود.در شکل زیر می توانید واحدهای مختلف یک PLC را مشاهده نمایید که در ادامه به تشریح آنها خواهیم پرداخت.

 

plc 11

لازم به ذکر است که PLC های موجود در صنعت به صورت های فشرده (Compact)، ماژولار(Modular)، شبکه ای(Network) و نیز به صورت PC صنعتی وجود دارند.برای PLC های با تعداد ورودی و خروجی کم،یعنی با حداکثر حدود 100  DI/DO(ورودی ها و خروجی های دیجیتال)های مدل فشرده و یا میکرو (مانند PLC های مدل S7 200) مورد استفاده قرار می گیرد و برای PLC های با تعداد ورودی و خروجی های بیشتر از 100  DI/DO از PLC های مدل ماژولار استفاده می شود.

اصول کارکرد و قسمت های مختلف یک PLC

plc 7

PLC ها ورودی ها را دریافت کرده و پس از خواندن برنامه نوشته در داخل آن،به خروجی ها فرمان لازم را می دهد.در حالت کلی PLCاز سه قسمت اصلی زیر تشکیل شده است.

  • بخش ورودی
  • CPU
  • بخش خروجی

در شکل زیر عملکرد هر بخش بیان شده است

plc 5

 

بخش ورودی

همانگونه که گفته شد یکسری از ورودی ها به PLC وصل شده و اطلاعات لازم را به PLC می دهند این ورودی ها ممکن است سنسور،کلید،لمینت سوئیچ و … باشند.در حالت کلی می توان این ورودی ها را به دو دسته آنالوگ که همان سیگنال پیوسته می باشد و دیجیتال تقسیم کرد.در شکل زیر می توانید انواع ورودی هایی که به PLC متصل می شوند را مشاهده نمایید

plc 2

در این قسمت بایستی قابلیت خواندن و پردازش مقادیر و متغیرها شامل:

  • مقادیر لیمیت سوییچ‌ ها
  • متغییرهای آنالوگ (مانند مقادیر حس‌گرهای گرما و فشار)
  • موقعیت‌ ها در سیستم‌های موقعیت‌ یاب
  • و ... را دارا باشد.

بخش خروجی

در بخش خروجی PLC نیز می توان ادوات صنعتی مختلفی مانند موتور،والو،نمایشگر،شیرهای هیدرولیکی و … را وصل کرد.بخش خروجی را نیز می توان به دو حالت کلی دیجیتال و آنالوگ تقسیم کرد.شکل زیر انواع خروجی هایی که به PLC متصل می شوند را نمایش می دهد.

plc 10

این قسمت نیز بایستی قابلیت فعال نمودن دستگاه‌های خاص شامل:

  • موتورهای الکتریکی
  • سیلندرهای پنوماتیکی یا هیدرولیکی
  • رله‌های مغناطیسی و سیم‌پیچها
  • خروجی‌های آنالوگ 
  • و ... را دارا باشد.

CPU

CPU مغز متفکر PLC بوده و در واقع تمامی روندهای کنترلی را بر عهده دارد.تمامی اطلاعاتی که از ورودیها جمع آوری می شود درCPU و براساس برنامه کنترلی نوشته شده پردازش شده آنگاه خروجی ها تحت کنترل قرار می گیرند.شایان ذکر است که CPUشامل اجزایی مانند حافظه و میکرو پروسسور می باشد.

پس از آشنایی با سه بخش مهم یک PLC و برای درک بهتر موضوع در شکل زیر یک مثال آورده شده است تا عملکرد هر سه بخش مشاهده شود.در این مثال کلیدهای فشاری به ورودیهای PLC وصل می شوند و موتوری را که توسط راه انداز به خروجی PLC متصل است،بر اساس برنامه نوشته شده روشن و خاموش می کنند این برنامه می تواند چپگرد-راستگرد و یا یک مدار ساده خود نگه دار باشد کلید فشاری را نیز می توان مانند یک سنسور فرض کرد که فشار دست را حس می کند.

plc 4

مفاهیم پایه در عملکرد یک سیستم PLC

در این قسمت به معرفی موضوعاتی می پردازیم که اساس کار PLC می باشند و در واقع روند کاری و خواندن برنامه توسط CPU را معرفی می کنیم.

تصویر ورودیها (Process Image Input)

قبل از اجرای،CPU وضعیت تمام ورودی ها را بررسی و در قسمتی از حافظه به نام PII نگهداری می نماید.جز در موارد استثنایی و تنها در بعضی از انواع PLC غالبا در حین اجرای برنامه،CPU به ورودی ها مراجعه نمی کند.بلکه برای اطلاع از وضعیت هر ورودی به سلول مورد نظر درPII  رجوع می کند.در برخی موارد این قسمت از حافظه IITInput Image Table) ) نیز خوانده می شود.

تصویر خروجی ها(PIQ)

هرگاه در حین اجرای برنامه یک مقدار خروجی بدست آید،در این قسمت از حافظه نگهداری می شود.جز در موارد استثنایی و تنها در برخی از انواع PLC،غالبا در حین اجرای برنامه،CPU به خروجی ها مراجعه نمی کند بلکه برای ثبت آخرین وضیعت هر خروجی به سلول مورد نظر در PIQ رجوع می کند و در پایان اجرای برنامه،آخرین وضعیت خروجی ها از PIQ به خروجی های فیزیکی منتقل می گردند.در برخی موارد این قسمت از حافظهPITPut Image Table) ) می گویند.

سیکل اسکن

در یک مدار سخت افزاری پیاده شده توسط PLC مانند شکل زیر که برنامه آن به زبان برنامه نویسی LADDER می باشد،حالات ورودی ها باعث تغییر حالت خروجی ها می شود.

در PLC،واکنش خروجی ها به حالات ورودی ها سریع نیست اما یک PLC با انجام یک پروسه سه مرحله ای، عملیات ها مربوط به انجام فرآیند طراحی شده را انجام می دهند.به این پروسه سه مرحله ای،سیکل اسکن CPU می گویند.در شکل زیر سه مرحله مربوط به انجام سیکل اسکن نمایش داده شده است.

plc 6

این سه مرحله را می توان به صورت زیر معرفی کرد:

  • مرحله اول : تعیین وضعیت تجهیزات ورودی
  • مرحله دوم : خواندن برنامه نوشته شده(به عنوان مثال به زبان)
  • مرحله سوم : آپدیت کردن خروجی های فیزیکی.در واقع در این مرحله خروجی های قیزیکی دستگاه روشن و خاموش می شوند.

شکل زیر این سه مرحله را به صورت کامل نمایش می دهد.

 plc 3

 دیگر بخش ها

علاوه بر سه بخش اصلی PLC ها بخش های فرعی دیگری وجود دارد که شامل ماژل‌های I/O ، حافظه ها و منبع تغذیه می باشد ؛ که بعنوان مثال ماژول ها برای هر کاربرد و هر پروژه ای متفاوت بوده و استفاده های گوناگون خواهد داشت.

در PLCهای کوچک همهٔ موارد (پردازنده، I/O، منبع تغذیه در یک واحد و در PLCهای بزرگتر هر یک در واحدی مجزا جای داده شده‌اند.در ادامه به چگونگی مجزا بودن می پردازیم.

حافظهٔ PLC دو نوع است:

ROM یا حافظهٔ دائم (Read only memory) حافظه ایست خاص حاوی برنامه‌ای که توسط کارخانه سازنده تعبیه شده‌است.در حین عملیات CPU نمی‌تواند تغییر یابد یا پاک شود. حتی به هنگام فطع برق

RAM یا حافظهٔ موقت (Random Access memory) حافظه ای است که می‌توان در آن برنامه نوشت. ابزار برنامه‌نویسی، که معمولاً یک واحد پردازنده با صفحه نمایش و صفحه کلید می‌باشد (بعنوان مثال یک کامپیوتر شخصی، یک PLC در خانواده زیمنس) به‌عنوان یک واحد مجزا از طریق سیم به واحد اصلی متصل است. برنامه در این حافظه ذخیره می‌شود امکان برنامه‌ریزی، تغییر و پاک کردن آنها توسط برنامه‌ریز وجود دارد. اطلاعات موجود در حافظه‌های RAM با قطع تغذیه، پاک می‌گردند.

اغلب PLC ها مجهز به یک باتری پشتیبان هستند؛ بنابراین اگر تغذیه ورودی قطع شود و درپی‌ آن منبع تغذیه نتواند ولتاژ سیستم را تأمین 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 برنامه‌نویسی، قابلیت توسعه و … را در نظر گرفت.

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:

ZEN ساخت شرکت Omron ژاپن
LOGO ساخت شرکت SIEMENS آلمان
Zelio ساخت شرکت Telemecanique فرانسه
Moeller آلمان
LG کره


PLCها با کاربرد وسیع

کاربرد: کنترل سایت کارخانه‌ها.

معمولاً در صنایع بزرگ، PLCها 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 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 معروف‌ترین PLC ها از این خانواده را که می‌توان نام برد عبارتند از:

S7 و SIMATIC S5 شرکت SIEMENS آلمان
شرکت OMRON ژاپن
شرکت Telemecanique فرانسه
شرکت Mitsubishi ژاپن
شرکت LG کره
شرکت Allen-Bradley آمریکا
شرکت ABB سوئیس-سوئد

داشتن دیدگاه کاملی نسبت به تنوع PLC ها مهمترین موضوع در انتخاب و خرید یک PLC مناسب است؛ لذا در هنگام خرید باید به نکات زیر توجه کرد:

  • تعداد ورودی‌ها
  • تعداد خروجی‌ها
  • تعداد فلگ‌ها
  • تعداد شمارندگان (کانترها)
  • تعداد تایمرها
  • نوع فلگ‌ها و تایمرها
  • اندازه حافظه
  • سرعت اجرای برنامه SCAN TIME

مقیاس و نوع دستگاه

یک PLC کوچک تنها دارای تعداد محدودی از ورودی/خروجی‌هاست و معمولاً امکان گسترش ورودی/خروجی‌ها تا تعداد بیشتری هم در صورت نیاز وجود دارد.

PLCهای ماژولار دارای یک اسکلت (یا رک) هستند که واحدهای مختلف PLC با توجه به نیاز بر روی آن سوار می‌شوند. در این PLCها پردازنده و ماژول‌های ورودی/خروجی می‌توانند با توجه به کاربرد سیستم انتخاب شوند. همچنین این امکان وجود دارد که چندین رک (Rack) یا تعداد خیلی زیادی از ورودی/خروجی‌ها به وسیله یک پردازنده کنترل شوند.

plc 9

برنامه‌ نویسی PLC

برای نمایش برنامهٔ PLC از سه روش استفاده می‌شود:

1- 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. نام این زبان برنامه نویسی ladder یا به اختصار LD می باشد.

2- در نمایش فلوچارتی از نمادهای مستطیلی استفاده می‌شود؛ و در هر مستطیل عمل منطقه‌ای نمایش داده می‌شود. این زبان برنامه نویسی نیز با نام زبان برنامه نویسی FBD شناخته می شود.

3- در روش نمایش نوشتاری از دستورات و جملات کلیدی برای نوشتن برنامه استفاده می‌شود که در آن هر عبارت دارای دو بخش عملگرها و عملگر ها می‌باشد.و نام این زبان برنامه نویسی STL  می باشد.

البته زبان های دیگری هم آمده اند ، اما مهمترین زبان های برنامه نویسی در پی ال سی ها این سه زبان می باشند که البته درباره ی قدرت هر یک از این زبان ها به طور کامل در وبسایت توضیح داده ایم.

رایانه به‌عنوان PLC

برای پیاده‌سازی PLC در رایانه‌های معمولی از یک نرم‌افزار شبیه‌ساز مانند "S5W" استفاده می‌شود.

S5W یک سیستم PLC زیمنس را شبیه‌سازی می‌نماید. استفاده از این نرم‌افزار ساده‌ است؛ پس از پایان کدنویسی و فشردن کلید شروع شبیه‌ سازی پنجره شبیه‌ ساز PLC باز می‌شود. در اینجا ورودی‌ ها، خروجی‌ها و فلگ‌ها مشاهده می‌شوند و می‌ توان عملکرد برنامه نوشته شده را روی PLC آزمود.

تجهیزات جانبی

1. HMI یا واسط‌های کاربری: این تجهیزات به کاربر این امکان را می دهد 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 و 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. به طور 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 بصورت تاج کاربر پمپ را روشن نماید (ورودی).

2. 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. 

در ادامه کتاب راهنمای جامع plc  نوشته ی مهندس قابوسی را برایتان آماده کرده ایم که می توانید با مراجعه به لینک زیر دانلود کنید

کتاب راهنمای plc نوشته مهندس قابوسی

 

Tags: plc پی ال سی برنامه نویسی برنامه‌ نویسی PLC مزایای plc

دیدگاه‌ها  

# ali 1397-09-03 12:15
ba salam az matalebe amosheki ke gozashtid motashakeram besyar mofid budan , ba tashakor
پاسخ دادن | پاسخ به نقل قول | نقل قول کردن

4

پشتیبانی و مشاوره 24 ساعته

ictnic2

تماس با ما

  • تلگرام : ICTNIC2@

به ما بپیوندید

ما را در صفحات اجتماعی دنبال نمایید...

کاربران ثبت نامی

تا این لحظه تعداد

2415 نفر

در وبسایت تخصصی ictnic

ثبت نام و از خدمات ما استفاده می کنند.

ما را در آپارات دنبال کنید

aparat logo fa color black 275x100