پی ال سی | PLC

فهرست مقاله | در این مقاله به عناوین زیر می پردازیم

پی ال سی چیست

گاه شمار پی ال سی

انواع پی ال سی

پی ال سی های مطرح در بازار ایران کدامند ؟

معایب و مزیت های استفاده از PLC

چگونه یک پی ال سی انتخاب کنیم؟

انواع PLCها از لحاظ اندازه

نانو PLC

کنترلر های Pico یا NANO کمتر از 15 ورودی/خروجی دارند.و معمولا در سیستم های مربی های آموزش PLC دیده می شوند زیرا استفاده از آنها بسیار آسان است (و معمولا با یک صفحه نمایش ارائه می شود) و همچنین برای مبتدیانی که می خواهند ابتدا اصول PLC را بدانند خیلی ترسناک به نظر نمی رسند.

میکرو پی ال سی

میکرو پی ال سی ها دارای حدود 15 تا 32 ورودی/خروجی دارند. آن ها بیشتر در سیستم های اتوماسیون یا کنترل بسیار کوچک مانند وسایل شهربازی استفاده می شوند.

مینی پی ال سی

مینی پی ال سی ها معمولا دارای 32 تا 128 ورودی/خروجی هستند .
متوسط : دارای 64 تا 1024 ورودی / خروجی هستند.
بزرگ : این نوع معمولا از 512 تا 4096 ورودی / خروجی را پشتیبانی می کنند.
خیلی بزرگ : این سری از کنترل کننده ها تعداد I/O های بیشتر از 5000 تا را کنترل می کنند.
ظرفیت حافظه این PLC ها نیز بر اساس ظرفیت ورودی/خروجی آن ها متفاوت است.

انواع PLC ها از لحاظ سخت افزار

پی ال سی های کامپکت : پردازنده و ماژول های ورودی/خروجی در یک ماژول الکترونیکی ساده ادغام می شوند یا به عنوان PLC نوع فشرده نیز نامیده می شوند.
پی ال سی های ماژولار : در نوع ماژولار، هر جزء یا ماژول، دارای کارت های مستقل است، این کارت ها ممکن است کارت CPU، کارت ورودی آنالوگ، کارت خروجی دیجیتال، یک کارت ارتباطی و غیره باشند.
این کارت ها را می توان به راحتی به سیستم در حال اجرا وارد یا خارج کرد. این کارت ها مانند ماژول های plug and play هستند و پس از قرار دادن کارت جدید، مطابق با نیاز باید یک نرم افزار دانلود کنیم. گاهی اوقات از کارت های اضافی برای CPU، ماژول های I/O، ماژول های ارتباطی و غیره استفاده می کنیم. برخی از تولیدکنندگان PLC دارای یک گزینه داخلی برای کپی خودکار نرم افزار از کارت اصلی به کارت های اضافی در صورت تعویض کارت ها ( به دلیل هر گونه خرابی ) هستند.

انواع PLC ها از نظر ولتاژ تغذیه

• PLC با SMPS (230 VAC)
• PLC بدون SMPS (24 VDC)

برخی از PLC ها را می توان مستقیما به منبع تغذیه 230 VAC متصل کرد. این بدان معناست که این ها دارای SMPS داخلی هستند که 230 VAC عرضه شده را به 24 VDC استاندارد تبدیل می کند.
و برخی دیگر از PLC ها به یک DC 24 ولتی نیاز دارند که یعنی SMPS داخلی ندارد. در این مورد، برای تبدیل 230 VAC به 24 VDC به یک منبع تغذیه نیاز داریم.

انواع PLC ها از نظر نوع خروجی

خروجی رله ای : خروجی های رله هم برای دستگاه های جریان متناوب و هم برای دستگاه های جریان مستقیم مناسب هستند. در حقیقت رله به عنوان یک خروجی است و PLC سوئیچینگ رله را با عبور جریان از طریق سیم پیچ های آن کنترل می کند. با این حال از مشکلات رله، سایش مکانیکی ، کثیفی کنتاکت ها و از هم گسیختگی است که در طی کلیدزنی های مکرر اتفاق می افتد. از این رو ، خروجی نوع رله در استفاده هایی با سوئیچینگ کم، به عنوان مثال کنترل یک دستگاه با کار مداوم مانند یک موتور ، مناسب تر است.
خروجی ترانزیستوری : ترانزیستورها دستگاه های نیمه هادی هستند که برای عملیات سوئیچینگ استفاده می شوند و در ریزپردازنده ها با مقیاس میکرو یا نانو استفاده می شوند. در ترانزیستورها، هیچ قطعه مکانیکی یا متحرکی درگیر نیست، بنابراین سوئیچینگ سریعتری خواهیم داشت و استهلاک بسیار پایین خواهد بود. و همچنین به دلیل ساختارشان فقط امکان استفاده در جریان های DC رو دارند.
خروجی ترایاک : ترایاک نیز یک دستگاه حالت جامد است که معادل دو ترانزیستور “آینه ای” (به ویژه ترانزیستور اتصال دوقطبی) است. چون جریان می تواند در دو جهت جریان داشته باشد ، این نوع خروجی ممکن است در کنترل خروجی هایی که از جریان متناوب استفاده می کنند استفاده شود.

انواع PLC ها از نظر وسعت عملیات

PLC های مطرح در ایران

به دلیل کیفیت خوب و فراوانی قطعات و لوازم پی ال سی زیمنس و عمر مفید بالای آن، امروزه درصد بسیار بالایی از سهم plc کشور در اختیار این برند است.  پی ال سی های سایر شرکت‌ها مانند میتسوبیشی، ال جی ،فاتک ودلتا هم در ایران وجود دارد اما سهم آنها از بازار داخلی خیلی کم است.

انواع plc زیمنس:

1. پی ال سی کمپکت ، Compact PLC
2. پی ال سی ماژولار ، ModularPLC
3. پی ال سی های رک ، Rack PLC)

ویژگی های PLC

هر دستگاه پی ال سی دارای مشخصه هایی است که مهم ترین آن ها عبارتند از:

• تعداد ورودی ها و خروجی ها
• CPU
• تعداد فلگ ها
• تعداد کانتر ها
• تعداد تایمر ها
• نوع فلگ و تایمر ها
• اندازه حافظه
• منبع تغذیه
• ابزار های داخلی برای جلوگیری از سرقت داده ها مانند تایید اعتبار کلید امنیتی
• اندازه و حجم ظاهری

مزایا و معایب PLC

‏plc ها نسبت به مدارات فرمان مزایای زیادی دارند. از جمله مزایای plc ها نسبت به مدارات فرمان عبارتند از:

• کاهش 80 درصدی سیم بندی سیستم های جدید در مقایسه با سیستم های رله
• کاهش توان مصرفی به دلیل توان مصرفی پایین PLC
• اعمال تغییر در نحوه کنترل، بدون نیاز به تغییر در سیم بندی و تنها با چند خط برنامه نویسی
• نیاز کمتر به تجهیزات کنترلی کمکی ( مثل رله، تایمر، کانتر و مبدل های دیجیتال به آنالوگ و بالعکس) در سیستم های مبتنی PLC
• کاهش چشمگیر پیچیدگی و وزن تابلوها
• عمر بیشتر و نیاز کمتر به تعمیرات و سرویس های دوره ای
• کاهش نویز های الکتریکی و صوتی نسبت به مدارات رله ای وکنتاکتوری
• افزایش بازدهی ماشین‌ها و تولید به دلیل سرعت بالای عملکرد PLC
• بالایی ضریب اطمینان و درجه حفاظت

از جمله معایب PLC هم می‌توان به قیمت نسبتا بالا و نیاز به تخصص برنامه نویسی و تاثیر دما در نیمه هادی آن اشاره کرد.

کاربرد PLC

PLC را می توان در سه کاربرد مختلف استفاده کرد.

مستقل

کاربرد سیستم کنترل مستقل در سیستم هایی با ابعاد کوچک است، در اینجا تنها یک PLC کل فرآیند را کنترل می کند.
در این کاربرد همه IO ها برای فرآیند کنترل با یک PLC اصلی در تعامل هستند.

مولتی تسک یا چند وظیفه ای

در نوع چند وظیفه ای برای به بیش از یک کنترلر نیاز هست و چندین کار را همزمان می توان کنترل می کند. تعداد IO ها در مقایسه با دستگاه های مستقل بیشتر خواهد بود. در این نوع استفاده ارتباط بین PLC ها برای کنترل فرآیند انجام خواهد شد. انتقال داده ها را نیز می توان با استفاده از اتصال سرور بین PLC و سیستم های کامپیوتری انجام داد.

مدیریت کنترل

در کاربرد مدیریت کنترل PLC ، مدیریت با استفاده از چندین دستگاه کنترل انجام می شود .این کاربرد به یک PLC/DCS یا سیستم کامپیوتری بسیار بزرگ نیاز دارد.همه PLC ها در هاب با اصلی PLC متصل هستند، Master PLC به روز رسانی ها را دریافت می کند و به PLC های باقی مانده پاسخ می دهد. ارتباط سریال / اترنت / TCP / IP برای این نوع کاربرد ها ضروری است.

کاربرد PLC در صنعت

‏plc ها در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند:

• صنایع خودروسازی : تست قطعات و تجهیزات سیستم های رنگ پاش ،شکل دادن بدنه بوسیله پرس های اتوماتیک ،سوراخکاری ،اتصال قطعات
• صنایع پلاستیک سازی : ماشین های قالب گیری تزریقی ،سیستم های آنالیز و تولید پلاستیک، دمش هوا
• صنایع سنگین : سیستم های کنترل دمای اتوماتیک، تجهیزات ذوب فلز کوره های صنعتی
• صنایع شیمیایی : دستگاه های ترکیب مواد، سیستم های میکس کننده
• صنایع ماشینی : صنایع بسته بندی ،صنایع چوب، صنایع سوراخکاری ،سیستم های آلارم ،سیستم های مورد استفاده در جوش فلزات
• صنایع غذایی : کنترل فرآیند تولید، کنترل ماشین آلات بسته بندی
• صنایع حمل و نقل : کنترل سیستم های نوار نقاله و جرثقیل ها
• صنعت ساختمان : کنترل هوا و تهویه مطبوع، تکنولوژی بالابر ،سیستم های روشنایی خودکار

تجهیزات جانبی PLC

پی ال سی ها دارای تجهیزات جانبی مختلفی هستند که با توجه سازنده ی آن ها، ممکن است تعداد این تجهیزات تغییر کند. از جمله این لوازم جانبی می‌توان به کابل برنامه‌نویسی، باتری و انواع کارت های مبدل و حافظه اشاره کرد.

نحوه انتخاب PLC

برای انتخاب plc مناسب باید ابتدا نوع و نیازهای پروژه بررسی شوند و سپس با توجه به ویژگی های یک plc که قبلاً به آنها اشاره کردیم پی ال سی مناسب انتخاب شود. از جمله مهمترین مواردی که در انتخاب PLC باید به آن ها توجه شود عبارتند از:

• دقت و سرعت انجام کارها در پروژه
• تعداد ورودی ها و خروجی ها
• نوع بار ( جریان خروجی و ولتاژ آن)
• نوع ورودی (دیجیتال/آنالوگ)
• امکان گسترش پروژه در آینده ( مثلا امکان شبکه شدن)
• نوع تغذیه
• مقیاس و نوع دستگاه
• انتخاب CPU اولین و مهم ترین گام در انتخاب PLC است که با توجه به فاکتور هایی ،از قبیل میزان حافظه و سرعت پردازش، امکان افزایش حافظه وامکان ارتقا سخت افزار انتخاب می شود.
  برای تعیین منبع تغذیه پی ال سی مناسب نیز باید ولتاژ های ورودی plc و جریان مورد نیاز برای خروجی مشخص شود.

نحوه نصب PLC

یکی از مراحل بسیار مهم در نصب plc ها سیم بندی است. برای نحوه سیم بندی دقیق باید به برگه مشخصات و مستندات فنی PLC آن مراجعه کرد. البته روش کلی سیم بندی یکسان است و با اطلاع از آن می توان به سیم بندی PLC پرداخت.
دقت به نوع و مقدار تغذیه PLC اهمیت فوق العاده ای دارد. چه بسیار PLC هایی که به خاطر دقت نکردن به همین نکته اولیه به راحتی در گام اول می سوزند. هم چنین برای اتصال ورودی ها و خروجی ها باید به همین نکته توجه کرد که چه نوع سیگنالی و با چه دامنه ای می تواند به آن وصل شود.
به طور کلی توصیه می‌شود برای سنسورهایی که ۲۲۰ ولتی می باشند از رله plc استفاده شود ،چرا که علاوه بر ارزان بودن ،سیم بندی راحتی دارد و احتمال آسیب رساندن به plc را کمتر میکند.

استفاده از PLC

نحوه استفاده از plc به دو صورت امکان پذیر است:

1. ارتباط با متخصص
2. ارتباط با اپراتور

ارتباط با متخصص با هدف طراحی برنامه، ویرایش برنامه، کنترل plc ، تست و عیب یابی پی ال سی می‌ باشد.
اپراتور معمولا هیچ گونه دانشی در ارتباط با plc ندارد (و اگر دارد نباید اعمال کند) در نتیجه هدف او در ارتباط با PLC تنها رصد و تغییر شرایط کاری است. در این حالت معمولا یک مانیتور لمسی به همراه تعدادی دکمه که آن را HMI می نامند به سیستم کنترل اضافه می کنیم تا شخص بتواند به واسطه آن با plc ارتباط برقرار نماید.
HMI در واقع یک ال سی دی قابل برنامه ریزی است که به کمک آن پارامترهای مختلف را می‌توان تغییر داد و سیستم را کنترل نمود.

اجزای تشکیل دهنده PLC

یک PLCاز دو قسمت تشکیل شده است:

• سخت افزار
• نرم افزار

اجزای اصلی سخت افزار هر plc عبارتند از:

• منبع تغذیه
• CPU
• حافظه
• کابل برنامه نویسی
• واحدهای ورودی/خروجی

در واقع سخت افزار plc شامل سه ماژول (کارت) است که عبارتند از:

1. ماژول پردازنده
2. ماژول تغذیه
3. ماژول های ورودی و خروجی

ماژول CPU که در واقع مغز سیستم است از پردازنده و حافظه هایش تشکیل شده است .این حافظه ها شامل بعضا با برق یا بدون برق وظیفه نگهداشت داده ها را بر عهده دارند.

ماژول منبع تغذیه نیز انرژی مورد نیاز کل سیستم را برای پردازنده و ماژول های ورودی و خروجی با تبدیل برق ac به dc فراهم می‌آورد که علاوه بر جلوگیری از برق گرفتگی ،باعث حذف نویز و نوسانات برق ac می شود.

ماژول های ورودی و خروجی نیز امکان اتصال سایر تجهیزات از قبیل سنسورها و محرک را به سیستم فراهم می کنند که خود انواع مختلفی از نظر دامنه و قابلیت ها دارند ،از جمله ماژول های ورودی خروجی دیجیتال، ماژول های ورودی خروجی آنالوگ و ماژول های ورودی خروجی شبکه ارتباطی که برای ارتباط با دیگر پی ال سی ها و کامپیوتر هایی که در فاصله دور قرار دارند استفاده می شوند.

نرم افزار PLC

از آن جا که پی ال سی یک کنترل کننده نرم افزاری است، کارخانه های سازنده برای آن نرم افزاری تهیه می کنند،پس از نصب نرم افزار روی کامپیوتر می توان برنامه دلخواه را نوشت و سپس آن برنامه را وارد پی ال سی کرد.

امروزه ۵ زبان برنامه نویسی ،توسط کمیسیون بین المللی الکترونیک یا همان IEC به عنوان استاندارد جهانی تحت عنوان ۱۱۳۱IEC برای  plc تعیین شده است و شرکت ها ملزم به استفاده از ۵ زبان برنامه نویسی مشخص در plc شده اند این زبان ها عبارتند از:

• ladder Diagram (LAD orLD)
• FBD)Function Block Diagram)
• ST)Structured Text)
• Instraction List (IL)
• Sequential Function Chart (SFC)

برای برنامه نویسی plc  ابتدا برنامه مد نظر بر روی یک کامپیوتر و در یک نرم‌افزار خاص نوشته می‌شود، سپس این برنامه به plc انتقال داده می شود.

بهترین زبان plc: قطعا هر زبان برنامه نویسی مزایا و معایب خاص خود را دارد و به همین دلیل نمی‌توان به صورت قطعی و حتمی به این سوال پاسخ داد. باید بر حسب نیاز، زبان برنامه نویسی مد نظرتعیین شود. به عنوان مثال زبان نردبانی همواره گزینه خوبی برای اتوماسیون منطقی دیجیتالی بوده است. در سال ۲۰۱۹، IEC لیستی از ۵۲ محبوب ترین زبان های برنامه نویسی را منتشر کرد که در آنها زبان نردبانی با داشتن رتبه ۵۰ محبوب ترین عضو از مجموعه زبان های استاندارد IEC در لیست مذکور می باشد.

زبان نردبانی ،یکی از زبان های محبوب در برنامه نویسی plc محسوب می شود که شباهت زیادی به مدارهای رله ای دارد در نتیجه یادگیری آن برای کسانی که با مدارهای رله ای سر و کار داشته باشند ساده است . پس از آن می ‌توان به سراغ زبان های دیگری مثل  STL  و FBD رفت، از طرف دیگر ،عیب یابی برنامه نوشته شده هم با این زبان ساده است. در این زبان همه المان ها به صورت گرافیکی و دیداری به کار رفته اند و تمام نمادها مشابه نماد الکتریکی متناظر شان مورد استفاده قرار می گیرند.

همانگونه که ملاحظه کردید با به وجود آمدن پی ال سی مفهوم کنترل و طراحی سیستم های کنترلی به طور بسیار چشمگیری پیشرفت کرده است و استفاده از این کنترلر ها مزایای بسیار زیادی دارد.