تحقیق مقاله Plc

ساختار PLC

1-1-   PLC

PLC      از عبارتProgrammable Logic Controller  به معنای کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی گرفته شده است. PLC کنترل کننده ای نرم افزاری است که در قسمت ورودی اطلاعاتی را به صورت باینری دریافت، و آنها را طبق برنامه ای که در حافظه اش ذخیره شده پردازش می نماید و نتیجه عملیات را نیز از قسمت خروجی به صورت فرمانهایی به گیرنده ها و اجرا کننده های فرمان (Actuator) ارسال می کند.

     به عبارت دیگر PLC عبارت از یک کنترل کننده منطقی است که می توان منطق کنترل را توسط برنامه برای آن تعریف نمود و در صورت نیاز، به راحتی آن را تغییر داد.

     وظیفه PLC قبلاً بر عهده مدارهای فرمان رله ای بود که استفاده از آنها در محیط های صنعتی جدید منسوخ گردیده است. اولین اشکالی که در این مدارها ظاهر می شود آن است که با افزایش تعداد رله ها حجم و وزن مدار فرمان، بسیار بزرگ شده، همچنین موجب افزایش قیمت آن می گردد. برای رفع این اشکال، مدارهای فرمان الکترونیکی ساخته شدند ولی با وجود این، هنگامی که تغییری بر روند یا عملکرد ماشین صورت می گیرد مثلاً در یک دستگاه پرس، ابعاد، وزن، سختی و زمان قرار گرفتن قطعه زیر بازوی پرس تغییر می کند، لازم است تغییرات بسیاری در سخت افزار سیستم کنترل داده شود. به عبارت دیگر اتصالات و عناصر مدار فرمان باید تغییر کند.

     با استفاده ازPLC  تغییر در روند تولید یا عملکرد ماشین به آسانی صورت  می پذیرد، زیرا دیگر لازم نیست سیم کشی ها (Wiring) و سخت افزار سیستم کنترل تغییر کند و تنها کافی است چند سطر برنامه نوشت و به PLC ارسال کرد تا کنترل مورد نظر تحقق یابد.

     از طرف دیگر قدرت PLC در انجام عملیات منطقی، محاسباتی، مقایسه ای و نگهداری اطلاعات به مراتب بیشتر از تابلو های فرمان معمولی است. PLC به طراحان سیستم کنترل این امکان را می دهد که آنچه را در ذهن دارند در اسرع وقت بیازمایند و به ارتقای محصول خود بیندیشند، کاری که در سیستم های قدیمی مستلزم صرف هزینه و به خصوص زمان است و نیاز به زمان، گاهی باعث می شود که ایده مورد نظر هیچ گاه به مرحله عمل در نیاید.

هر کس با مدارهای فرمان الکتریکی رله ای کار کرده باشد به خوبی می داند که پس از طراحی یک تابلوی فرمان، چنانچه نکته ای از قلم افتاده باشد، مشکلات مختلفی ظهور نموده، هزینه ها و اتلاف وقت بسیاری را به دنبال خواهد داشت.

بعلاوه گاهی افزایش و کاهش چند قطعه در تابلوی فرمان به دلایل مختلف مانند محدودیت فضا، عملاً غیر ممکن و یا مستلزم انجام سیم کشی های مجدد و پرهزینه می باشد.

     اکنون برای توجه بیشتر به تفاوت ها و مزایای PLC نسبت به مدارات فرمان رله ای مزایای مهم  PLCرا نسبت به مدارات یاد شده بر می شماریم.

 استفاده ازPLC  موجب کاهش حجم تابلوی فرمان می گردد.

 استفاده از PLC مخصوصاً در فرآیندهای عظیم موجب صرفه جویی قابل توجه ای در هزینه، لوازم و قطعات می گردد.

PLC  ها استهلاک مکانیکی ندارند، بنابراین علاوه بر عمر بیشتر، نیازی به تعمیرات و سرویس های دوره ای نخواهند داشت.

PLC  ها انرژی کمتری مصرف می کنند.

PLC  ها برخلاف مدارات رله کنتاکتوری، نویزهای الکتریکی و صوتی ایجاد نمی کنند.

 استفاده از یک PLC منحصر به پروسه و فرآیند خاصی نیست و با تغییر برنامه می توان به آسانی از آن برای کنترل پروسه های دیگر استفاده نمود.

 طراحی و اجرای مدارهای کنترل و فرمان با استفاده از PLC ها بسیار سریع و آسان است .

 برای عیب یابی مدارات فرمان الکترومکانیکی، الگوریتم و منطق خاصی را نمی توان پیشنهاد نمود. این امر بیشتر تجربی بوده، بستگی به سابقه آشنایی فرد تعمیرکار با سیستم دارد. در صورتی که عیب یابی در مدارات فرمان کنترل شده توسط PLC به آسانی و با سرعت بیشتری انجام می گیرد.

PLC  ها می توانند با استفاده از برنامه های مخصوص، وجود نقص و اشکال در پروسه تحت کنترل را به سرعت تعیین و اعلام نمایند.

     در جدول 1-1 مزایای PLC نسبت به مدارات فرمان رله ای و همچنین مدارهای منطقی الکترونیکی و کامپیوتر برشمرده شده است 

تفاوت PLC با کامپیوتر

     استفاده از کامپیوتر معمولی مستلزم آموزش های نسبتاً طولانی، صرف وقت و هزینه های بسیار است. چنانچه کنترل فرآیندی مورد نظر باشد استفاده از کامپیوترهای معمولی به مراتب پیچیده تر و در اغلب موارد عملاً ناممکن می شود. علاوه بر آن برای انطباق کامپیوتر با فرآیند مورد نظر، طراحی، ساخت و یا لااقل بررسی و خرید تجهیزات خاص برای انطباق، کاری طاقت فرسا است.

     بسیاری از صنعتگران نیاز به یادگیری سیستم های اتومکانیک را عملاً احساس نموده و دریافته اند که تولید بدون به کارگیری اتوماسیون، اقتصادی نمی باشد. از طرف دیگر، صنعتگران آموزش های مبسوط به این شاخه از صنعت را در محدوده وظایف خود نمی دانند.

PLC      وسیله ای است که درست به همین دلایل ساخته شده و اتوماسیون را با کمترین هزینه و به بهترین شکل ممکن در اختیار قرار می دهد. استفاده از PLC بسیار ساده بوده، نیاز به آموزش های مفصل، طولانی و پرهزینه ندارد.

     از آنجایی که این وسیله به منظور پاسخگویی به کاربردهای صنعتی طراحی شده است، تمامی مسائل مربوط به آن حل شده، هیچ مشکلی در راه استفاده از آن وجود ندارد. طراحان خطوط تولید با بهره گیری از این وسیله قابل انعطاف به سرعت می توانند نیازمندیهای مصرف کنندگان خود را تأمین و در اسرع وقت توانایی های خود را با نیازمندیهای بازار هماهنگ نمایند.

     از شرکت های سازنده PLC می توانSIEMENS ،AEG ،OMRON ، ALLEN BRADLEY، MITSUBISHI و ... را نام برد. گرچه از عرضه PLC توسط سازندگان مختلف چند ده سالی می گذرد و در ماشین آلات و خطوط تولید خریداری شده از خارج کشور نیز به وفور مشاهده می شود، استفاده از این وسیله بسیار قابل انعطاف توسط طراحان و ماشین سازان داخلی کمتر به چشم           می خورد. از جمله عواملی که موجب تأخیر در بهره برداری از PLC توسط طراحان داخلی گردیده است عبارتند از :

ارتباط مشکل با منابع تأمین کننده خارجی.

عدم دسترسی به موقع به اطلاعات سیستم ها.

عدم پشتیبانی مؤثر سازندگان از تجهیزات فروخته شده خود.

هزینه بالای تجهیزات خارجی.

هزینه بالای آموزش در خارج از کشور.

     شرکت های داخلی نیز با توجه به مشکلات یاد شده و برای پر کردن خلاء موجود اقدام به طراحی و ساخت چند نوع  PLCنموده اند. PLC های مذکور، کلیه امکانات استاندارد PLC های متداول را داشته، از نمونه های خارجی با قابلیت های مشابه ارزانتر اند. این PLC ها به خوبی آزمایش گردیده، از پشتیبانی کامل آموزش و خدمات پس از فروش برخوردار می باشند. 

     از شرکتهای داخلی تولید کننده PLC  و سیستم های اتوماسیون می توان شرکت کنترونیک را نام برد. این شرکت با به کارگیری دانش متخصصین داخلی اقدام به تولید چندین سیستم PLC با قابلیت های متفاوت جهت استفاده در صنایع مختلف و کاربردهای متنوع نموده است.

     این شرکت همچنین مبتکر زبان برنامه نویسی خاصی جهت سیستم های PLC تولید شده می باشد که بسیار شبیه به زبان برنامه نویسی ابداع شده توسط شرکتSIEMENS  یعنیSTEP 5  است.  PLCیاد شده با نمونه های خارجی مشابه خود به خوبی رقابت می کند.

     امروزه کاربرد PLC های ساخت شرکت زیمنس در سراسر دنیا گسترش یافته، این نوع PLC بیش از هر PLC دیگری در صنایع مختلف به چشم می خورد. زبان برنامه نویسی این شرکت همانطور که اشاره شد STEP 5 و STEP 7      می باشد. همچنین این زبانها بسیار شبیه به زبان ابداع شده توسط شرکت کنترونیک یعنی CSTL بوده، و تفاوت این دو زبان برنامه نویسی تنها در چند مورد جزئی است.

لازم به ذکر است که اصول کلی زبان های برنامه نویسی مختلف تقریباً یکسان بوده، و کاربر می تواند با یادگیری یکی از زبانهای مذکور، سایر زبانها را به آسانی درک و از آنها استفاده نماید.

     سازندگان سیستم PLC برای برنامه نویسی سیستم های خود، هر یک از زبان منحصر به فردی استفاده می نمایند که از نظر اصولی همگی تابع یک سری قوانین منطقی و کلی بوده، تنها تفاوت آنها در ساختار برنامه نویسی و نمادهای استفاده شده است.

     از زبانهای ابداع شده توسط سازندگان PLC میتوان S5، S7، FST، OMRON، CSTL، ALLEN BRADLEY و ... را نام برد.

1-3-   کاربرد PLC در صنایع مختلف

     امروزه کاربرد PLC در صنایع و پروسه های مختلف صنعتی به وفور به چشم می خورد. در زیر تعدادی از این کاربردها آورده شده است.

_ صنایع اتومبیل سازی_شامل : عملیات سوراخ کاری اتوماتیک، اتصال قطعات و همچنین تست قطعات و تجهیزات اتومبیل، سیستم های رنگ پاش، شکل دادن بدنه به وسیله پرس های اتوماتیک و ...

_ صنایع پلاستیک سازی_شامل : ماشین های ذوب و قالب گیری تزریقی، دمش هوا و سیستم های تولید و آنالیز پلاستیک و ...

_ صنایع سنگین_شامل : کوره های صنعتی، سیستم های کنترل دمای اتوماتیک، وسایل و تجهیزاتی که در ذوب فلزات استفاده می شوند و...

_ صنایع شیمیایی_شامل : سیستم های مخلوط کننده، دستگاههای ترکیب کننده مواد با نسبت های متفاوت و ...

_ صنایع غذایی_شامل : سیستم های سانتریفوژ، سیستم های عصاره گیری و بسته بندی و...

_ صنایع ماشینی_شامل : صنایع بسته بندی، صنایع چوب، صنایع کاغذ و مقوا، سیستم های سوراخ کاری، سیستم های اعلام خطر و هشدار دهنده، سیستم های استفاده شده در جوش فلزات و...

_ خدمات ساختمانی_شامل : تکنولوژی بالابری (آسانسور)، کنترل هوا و تهویه مطبوع، سیستم های روشنایی خودکار و...

_ سیستم های حمل و نقل_شامل : جرثقیل ها، سیستم های نوار نقاله، تجهیزات حمل و نقل و...

_ صنایع تبدیل انرژی (برق، گاز و آب)_شامل : ایستگاههای تقویت فشار گاز، ایستگاههای تولید نیرو، کنترل پمپ های آب، سیستم های تصفیه آب و هوای صنعتی، سیستم های تصفیه و بازیافت گاز و ...

1-4-   سخت افزار PLC

     از لحاظ سخت افزاری می توان قسمت های تشکیل دهنده یک سیستم PLC را به صورت زیر تقسیم نمود :

    1 - واحد منبع تغذیه (Power Supply) PS

    2 - واحد پردازش مرکزی (Central Processing Unit) CPU

    3 - حافظه (Memory)

    4 - ترمینال های ورودی (Input Module)

    5 - ترمینال های خروجی (Output Module)

    6 - مدول ارتباط پروسسوری (Communication Processor) CP

    7 - مدول رابط (Interface Module) IM

1-4-1-    مدول منبع تغذیه (PS)

     منبع تغذیه ولتاژ های مورد نیاز PLC را تأمین می کند. این منبع معمولاً از ولتاژهای 24 ولت DC و 110 یا 220 ولت AC، ولتاژ 5 ولت DC را ایجاد        می کند. لازم به ذکر است که ولتاژ منبع تغذیه باید کاملاً تنظیم شده (رگوله) باشد. جهت دستیابی به راندمان بالا معمولاً از منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می شود. ولتاژی که در اکثر PLC ها استفاده می گردد ولتاژ 5 یا 2/5 ولتDC  است.     (در برخی موارد، منبع تغذیه و واحد کنترل شونده در فاصله زیادی نسبت به یکدیگر قرار دارند بنابراین ولتاژ منبع، 2/5 ولت انتخاب می شود تا افت ولتاژ حاصل از بُعد مسافت بین دو واحد مذکور جبران گردد.)

     برای تغذیه رله ها و محرک ها(Actuator)  معمولاً از ولتاژ 24 ولتDC  به صورت مستقیم (بدون استفاده از هیچ کارت ارتباطی) استفاده می شود. در برخی موارد نیز از ولتاژهای 110 یا 220 ولت AC با استفاده از یک کارت رابط به نام Relay Board استفاده می گردد. (در مورد تغذیه رله ها احتیاج به رگولاسیون دقیق نیست.)