PLC‌ چیست؟ اجزای آن و نکات کاربردی که باید بدانید

در این مقاله تعریف مختصری از PLC ارائه خواهیم داد و اجزای اصلی اش را معرفی خواهیم کرد.

کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی یا PLC (به انگلیسی Programmable Logic Controller) ، امروزه در هر نوع فرآیند و صنعت تولیدی حضور دارد. PLC ها اساسا برای جایگزین کردن سیستم های رله الکترومکانیکی به منظور ارائه راه حل ساده تر برای اصلاح عملکرد یک سیستم کنترل طراحی شده اند. این دستگاه بدون نیاز به سیم کشی مجدد یک دسته بزرگ از رله ها و دانلود سریع از کامپیوتر یا دستگاه برنامه نویسی، امکان تغییر منطق کنترل را در عرض چند ثانیه فراهم می کند.

دانلود رایگان آموزش صفر تا صد نرم افزار آلتیوم دیزاینر

PLC چیست؟

PLC یک کامپیوتر دیجیتال درجه صنعتی است که برای انجام عملکرد های کنترلی به ویژه برای مصارف صنعتی طراحی شده است.

اکثرPLC ‌ های امروزی ماژولار هستند و به کاربر اجازه می‌ دهند تا مجموعه ‌ای از عملکرد ها از جمله ورودی ‌ها و خروجی‌ های گسسته و آنالوگ، کنترلPID ، کنترل موقعیت، کنترل موتور ، ارتباط سریال و شبکه ‌های پر سرعت را اضافه کند. عیب ‌یابی و نگهداری PLC در مقایسه با فناوری ‌های قدیمی ‌تر مثل دسته عظیمی از رله ها، بسیار آسان ‌تر، قابل اطمینان ‌تر، مقرون ‌به ‌صرفه ‌تر و متنوع‌ تر است.

Modicon که مخفف Modular digital controller (کنترل کننده دیجیتال ماژولار) است، نام اولین محصول PLC می باشد که در سال 1968 اختراع و به یک برند تبدیل شد. البته در حال حاضر متعلق به Schneider Electric است.

با این که ممکن است این دستگاه شبیه یک کامپیوتر خانگی معمولی نباشد، اما هسته اصلی اش همان فناوری است که در کامپیوتر ها و دستگاه ‌های هوشمندی که اکثر مردم در زندگی روزمره شان از آن استفاده می ‌کنند، دیده می ‌شود.

حتما بخوانید: ۱۰ نکته پیرامون PCB برای افراد مبتدی

ویدیوی 90 ثانیه ای زیر رو تماشا کنید:

اجزای اصلی

یک PLC از چند بخش اساسی تشکیل شده است. ممکن است این اجزا در برند های مختلف کمی با هم فرق داشته باشند، اما هدف هر کدام یکی است. این بخش ها شامل منبع تغذیه، واحد پردازش مرکزی (CPU)، کارت ‌های ورودی یا خروجی ، و یک صفحه پشتی یا رَک است که کارت‌ های ورودی /خروجی (I/O) در آن قرار می ‌گیرند.

رک همان طور که در شکل 2 نشان داده شده است، یک اتصال الکتریکی بین تمام اجزای جداگانه ایجاد می کند و حالت طراحی ماژولاری به PLC می دهد. این اتصال الکتریکی شامل سیگنال های برق و ارتباط است. بسیاری از تولید کنندگان PLC از پروتکل های ارتباطی اختصاصی در رک استفاده می کنند تا I/O بتواند به طور ایمن با CPU ارتباط برقرار کند.

1-منبع تغذیه

منبع تغذیه بسته به کاربرد و کیفیت نصب، 120 ولت یا 24 ولت برق DC می گیرد. همان طور که در بالا هم گفته شد، این ولتاژ به پایین رک منتقل می شود و برق را برای ماژول های CPU و I/O که به شکل ” کارتی ” هستند، تامین می کند. این کارت ها را می توان به سرعت از اسلات شان در حامل اضافه یا حذف کرد.

توجه به این نکته ضروری است که منبع تغذیه مخصوص CPU برق تجهیزات فیلد مثل سنسور ها و سیم پیچ ها را تامین نمی کند. اتصال منبع تغذیه به کارت ها باید به طور جداگانه برقرار شود.

2-واحد پردازش مرکزی (CPU)

CPU مغز واقعی PLC است و آن را به یک کامپیوتر تبدیل می کند. حتیPLC های کوچک و غیر ماژولار هم یک CPU دارند. سیگنال های ورودی از کارت های I/O می آیند و برنامه های منطقی بر اساس این سیگنال ها تصمیم می گیرند . CPU در صورت لزوم به خروجی ها دستور می دهد تا با تغییر سیگنال ها و شرایط، خاموش و روشن شوند.

برنامه ها ممکن است شامل عملکرد های پیشرفته ای مثل عملیات ریاضی، زمان بندی، شمارش و به اشتراک گذاری اطلاعات از طریق پروتکل های شبکه مدرن باشند. بسیاری از این عملیات با سیستم‌ های رله قدیمی‌ تر، اگر نگوییم غیر ممکن، خیلی دشوار بودند.

3-کارت های ورودی/خروجی

سنسور ها، دکمه ‌ها، سوئیچ ‌ها، رله ‌ها، سلونوئید ها و حتی دستگاه ‌های تحت شبکه، اطلاعات را با سیگنال‌ های ورودی/ خروجی متصل به پایانه‌ های پیچ شده روی کارت‌ های ورودی/ خروجی به اشتراک می‌ گذارند. این کارت ها را می توان بر اساس نیاز هر دستگاه و امکانات انتخاب کرد. در برخی ازPLC های کوچک، پایانه های ورودی /خروجی کارت های ماژولار نیستند و در عوض به راحتی در کنار PLC نصب می شوند.

با توجه به تنوع گسترده مدل های دستگاه ورودی/ خروجی، طیف گسترده ای از ماژول های گسسته و آنالوگ وجود دارند.

دستگاه برنامه نویسی و رابط انسان و ماشین

بیرون از بدنه PLC دو جزء بسیار مهم وجود دارد: دستگاه برنامه نویسی و رابط انسان و ماشین (HMI). این دستگاه برنامه نویسی می تواند یک کامپیوتر رومیزی، لپ تاپ یا ابزار دستی از همان سازنده باشد. برخی ازPLC های کوچک حتی دکمه هایی در جلو دارند که اجازه می دهد تا عملیات منطقی بسیار ابتدایی بدون نیاز به کامپیوتر برنامه ریزی شوند.

با این که این دستگاه برنامه نویسی به کاربر اجازه می دهد تا کد در حال اجرا بر روی PLC را مشاهده و اصلاح کند، HMI روشی برای نمایش اطلاعات و به دست آوردن ورودی ها و مدل سازی سیستم کنترل به عنوان یک واحد کامل ارائه می دهد .HMI ها معمولا هیچ راهی برای اصلاح برنامه منطقی ارائه نمی دهند.

حتما بخوانید: نکاتی برای افراد مبتدی در طراحی و الکترونیک

شکل زیر یک صفحه نمایش لمسی HMI را نشان می دهد که می تواند در اتاق کنترل یا بیرون در ” فیلد ” نزدیک به فرآیند استفاده شود. این نوع نمایشگر های تعاملی بسیار رایج هستند و اغلب مستقیما روی محفظه PLC یا در نزدیکی آن برای استفاده اپراتور نصب می شوند.

قبل ازHMI های مدرن، اپراتور های کارخانه ای برای درک وضعیت فرآیندهای شان به دیواره های گیج های آنالوگ و لامپ های راهنما متکی بودند. باز کردن یک دریچه برای از بین بردن فشار در یک لوله یا پایین آوردن حلقه کنترل دما را نمی ‌توان از طریق کامپیوتر داخل اتاق کنترل انجام داد، پس باید به یک اپراتور خارجی که این عمل را به صورت دستی انجام می ‌داد، محول می ‌شد. این اتاق‌ های کنترل قدیمی را با اتاق ‌های کنترل مدرن مجهز به HMI و گرافیک پیشرفته مقایسه کنید.

حتما دانلود کنید: آموزش مهندسی الکترونیک از صفر تا صد با 25 درس

کلام آخر

مهندسین اتوماسیون و کنترل سیستم های کنترل، الگوریتم های کنترل و پیکربندی را درک می کنند. آن ها فرآیند را مدل سازی و اندازه و مقیاس سیستم مورد نیاز را تعیین می کنند . بعد از آن، PLC و تمام اجزای آن خریداری می شود. این می تواند یک رک با هشت کارت ورودی/خروجی یا بیست رک باشد که همگی از طریق یک شبکه صنعتی با هزاران نقطه ورودی / خروجی ارتباط برقرار می کنند. و در نهایت این که همه کنترل ها توسط یک CPU انجام می شود.