PLC مخفف عبارت Programmable Logic Controller و به معنای کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی است. به عبارت دیگر PLC مجموعه ای از سخت افزار و نرم افزارهای است که کار کنترل را ساده می کنند، که به خاطر ویژگی هایی که دارد، اغلب برای کنترل کردن فرایندهای صنعتی یا مکانیکی مانند خطوط تولید کارخانه ها از آن استفاده می شود.
قطعات سخت افزار PLC
قسمت های تشکیل دهندۀ سخت افزاری PLC به صورت زیر تقسیم بندی می شود.
واحد پردازش مرکزی CPU
یکی از مهمترین اجزای سخت افزاری PLC یک پردازنده یا CPU است که در میان آن قرار دارد. عامل اصلی سیستم PLC پردازندۀ آن است که مسئولیت محاسبۀ منطقی و اعداد را بر عهده دارد.
وظایف این واحد شامل: دریافت اطلاعات از ورودی ها، پردازش این اطلاعات مطابق دستورات برنامه و صدور فرمان هایی است که به شکل فعال یا غیرفعال کردن خروجی ها ظاهر می شود.
واحد منبع تغذیه PS (Power Supply)
ولتاژهای مورد نیاز PLC توسط منبع تغذیه تأمین می شود. برای رسیدن به بالاترین راندمان، از منابع تغذیۀ سوئچینگ استفاده می شود. جهت تغذیۀ رله ها و محرک ها (Actuator) از ولتاژ ۲۴ Vdcبه صورت مستقیم و بدون هیچ کارت ارتباطی استفاده می شود.
برای نگهداری اطلاعات حافظۀ موقت در برخی از PLC ها (ثبات ها و پرچم ها و…) در زمان قطع تغذیه، از یک باتری پشتیبان (Backup Battery) از جنس Lithium استفاده می شود. ولتاژ این باتری عموماً ۸٫۲ تا ۲٫۳ ولت است. همچنین یک LED بر روی PLC تعبیه شده که نشان دهندۀ تمام شدن باتری است، تا قبل از تخلیۀ کامل، باتری عوض شود.
حافظه Memory
وظیفۀ نگهداری برنامه و اطلاعات برعهدۀ حافظه است. سه نوع حافظه وجود دارد. حافظۀ دائم، حافظۀ موقت و کارت حافظه.
- حافظۀ دائم همان طور که از نامش پیداست، برای نگهداری و ذخیرۀ همیشگی برنامه مورد استفاده قرار می گیرد.
- برای نگهداری اطلاعات به صورت موقت از حافظۀ موقت استفاده می شود. قابل ذکر است که اطلاعات این بخش با قطع شدن تغذیه از بین می رود. همچنین این حافظه از نوع RAM ساخته می شود.
- کارت حافظه برای استفاده در حافظۀ اصلی CPU و همین طور در مدل های CP طراحی می شوند و به صورت رم یا FLASH EEPROM CARD و با ظرفیت های متنوع قابل دسترسی هستند.
ماژول های ورودی و خروجی در PLC
ورودی ها و خروجی هایی که در سیستم های PLC مورد استفاده قرار می گیرند به صورت های مختلفی هستند.
ماژول های ورودی استفاده شده در PLC ها به دو صورت هستند:
الف) ورودی های دیجیتال
ورودی های دیجیتال که عموماً به صورت سیگنال های 0 یا ۲۴VDC می باشند، گاهی برای پردازش به تغییر سطح ولتاژ نیاز دارند. برای انجام این کار در PLC ماژول های خاصی در نظر گرفته می شود. کوپل کننده های نوری باعث ایجاد ارتباط بین ورودی ها با مدار داخلی PLC می شوند که این کار برای محافظت از مدارهای داخلی PLC از خطرات ناشی از مشکلات ایجاد شده در مدار یا برای جلوگیری از ورود نویزهای موجود در محیط های صنعتی می باشد.
همچنین هرگونه اتصال کوتاه و یا اضافه ولتاژ، به خاطر ایزوله شدن ورودی ها از سایر اجزای داخلی، نمی تواند آسیبی به واحد های داخلی PLC وارد کند.
ب) ورودی های آنالوگ
این نوع از ورودی ها در استانداردترین حالت ۴-۲۰ mA و یا ۰-۲۰mA هستند و به صورت مستقیم به ماژول آنالوگ متصل می شوند. این ورودی ها سیگنال های دریافتی پیوسته را به مقادیر دیجیتال تبدیل کرده و سپس این مقادیر به دست آمده به وسیلۀ CPU پردازش می شوند.
ماژول های خروجی استفاده شده در PLC ها نیز همانند ماژول های ورودی، به دو صورت زیر هستند:
ج) خروجی های دیجیتال:
فرمان های خروجی دیجیتال به صورت سیگنال های ۰-۲۴ VDC بوده و در خروجی ظاهر می شوند. در نتیجه به صورت منطقی، هر خروجی می تواند مقادیر ۰ یا ۱ را داشته باشد. این سیگنال ها برای به حرکت در آوردن ماشین یا از حرکت بازداشتن آن به تقویت کننده های قدرت یا مبدل های الکتریکی ارسال می شوند.
د) خروجی های آنالوگ
وظیفۀ تبدیل مقادیر دیجیتال پردازش شده توسط CPU به سیگنال های آنالوگ مورد نیاز جهت پروسۀ تحت کنترل، برعهدۀ ماژول های خروجی آنالوگ است. این خروجی ها از سایر قسمت های خروجی PLC ایزوله می شوند که این کار به وسیلۀ واحدی به نام Isolator انجام می شود که به این ترتیب مدار داخلی PLC از خطرات ناشی از اتصالات خارجی محافظت می شود.
سایر ماژول ها
- ماژول های تغییر شکل سیگنال
- ماژول ارتباط پروسسوری CP
- ماژول رابط IM
- ماژول تابع ساز FM
بدنه و قفسه ها
در یک سیستم کامل PLC صفحه ای قرار دارد که نصب تمام ماژول ها و کارت ها برای آن انجام می شود. این صفحه Rack نام دارد و به محل قرار گرفتن کارت ها و ماژول ها Slot گفته می شود.
محیط برنامه نویسی و امکانات نرم افزاری در PLC
برای برنامه نویسی و کار با PLC ها استاندارد های خاص بین المللی وجود دارد که اغلب شرکت های سازنده و طراح PLC که معمولاً نرم افزارهای مخصوص PLC را خودشان تولید می کنند، از این روش های استاندارد استفاده می نمایند و فقط تفاوت های کمی در نرم افزارهایشان وجود دارد که اکثر آن ها به دلیل تفاوت های سخت افزاری سیستم های طراحی شده به وجود آمده اند.
زبان های برنامه نویس PLC به طور کلی به پنج دسته تقسیم می شود: زبان LD یا Ladder Diagram Language، زبان زبان STL یا Structured Text Language، زبان FBD یا Function Block Diagram Language، زبان SFC یا Sequential Function Chart Language، زبان IL یا Instruction List Language
باس های ارتباطی
نصب امکانات ارتباطی بر روی همۀ کنترل کننده ها، به دلیل نیاز مبادلۀ اطلاعات بین PLC ها و سایر تجهیزات در یک کارخانۀ خودکار است. سخت افزار و نرم افزار لازم در PLC های کوچک، بر روی بدنۀ PLC نصب می شود و در PLC های بزرگ تر، جهت ارتباط ماژول های ویژه ای وجود دارد.
دلایل مختلفی برای استفاده از باس های ارتباطی وجود دارد:
تغییر برنامۀ PLC ها از طریق کنترل کننده های ناظر
متصل کردن PLC در یک سلسله مراتب کنترلی که در آن PLC های زیادی وجود دارد.
۳. نمایش آلارم ها و داده ها از طریق VDU یا چاپگر
۴. ذخیره کردن داده ها در فایل های بایگانی (در یک کامپیوتر) برای استفاده در بررسی کارایی فرایند و مدیریت اطاعت.
۵. ارسال پارامترهای لازم از طریق اپراتور یا کنترل کنندۀ ناظر به PLC ها
۶. تغییر وضعیت نقاط I/O از طریق یک ترمینال راه دور
خطوط سریال
از خطوط سریال در PLC ها معمولاً جهت ارتباط با سایر قسمت ها و ارسال و دریافت داده ها استفاده می شود. استاندارد هایی جهت ارتباط سریال وجود دارد که مهمترین آن ۲۳۲ RS و مشتق آن ۴۲۳/۴۲۲ RS است.
استاندارد ارتباط سریال در فواصل کوتاه ۲۳۲ RS است که برای ارتباط کامپیوتر با تجهیزات جانبی آن مثل چاپگر استفاده می شود. اتصالات الکتریکی و فیزیکی، ارتباط بین سیگنال ها و روند مبادلۀ اطلاعات به وسیلۀ این استاندارد تعریف می شود. اتصال نوع Dبا ۲۵پایه کاملاً متداول است و می توان آن را بر روی همۀ کامپیوترها و PLCها نصب کرد. این سریال ها در ارسال یکسان هستند و تفاوت آن ها در سطح ولتاژ و سرعت انتقال می باشد.
سه ویژگی در ارتباط سریال وجود دارد که باید به آن ها توجه کرد: ۱) سرعت انتقال، یعنی تعداد بیت ارسالی در ثانیه و عرض پالس هر بیت، ۲) سطح ولتاژهای منطقی، یعنی بیت ۱ و ۰ با چه ولتاژی نشان داده می شود. ۳) نحوۀ همزمان شدن داده ها تا گیرنده بتواند داده ها را به طور صحیح دریافت کند.
استاندارد ۲۳۲ RS حداکثر طول ۳۰ متر را در سرعت ۹۶۰۰bps پیشنهاد می دهد. به دلیل اثر خازنی که سیم ها دارند، طول بیشتر از این مقرون به صرفه نیست. البته می توان این فاصله را در سرعت های کمتر با استفاده از کابل های مناسب، افزایش داد.
در صورتی که فاصلۀ ارتباطی زیاد باشد، از استانداردهای دیگری نظیر ۴۲۲ RSو حلقۀ جریان استفاده می شود. برای انجام هر ارتباط سریال لازم است تا پارامترهای ارتباط مشخص شود. این پارامترها عبارتند از: قالب بندی داده ها که شامل بیت شروع و خاتمه، توازن و تعداد بیت داده است.
