PLC توسط دیک مورلی در سال ۱۹۶۴ اختراع شد. از آن زمان PLC منجر به ایجاد انقلاب در بخش های صنعتی و تولیدی گردید. طیف گسترده ای از عملکرد PLC مانند زمان بندی، شمارش، محاسبه، مقایسه و پردازش سیگنال های مختلف آنالوگ وجود دارد. مهم‌ترین مزیت PLC نسبت به سیستم کنترل سخت سیم‌بندی شده این است که می توان پس از برنامه‌ریزی، با کمترین هزینه (فقط هزینه زمان برنامه نویسی وجود دارد)، دوباره به PLC برگشت و آن را تغییر داد. در یک سیستم کنترل دارای سیم بندی سخت(سیستم متداول با رله و تایمر و کنتاتور)، نیاز است که سیم ها برش داده شود و از ابتدا شروع نمود (که گران تر است و مدت زمان خیلی بیشتری طول می کشد). برای درک بهتر این مزیت به این مثال توجه کنید.

تصور کنید که یک چراغ متصل به یک سوئیچ دارید. به طور کلی، نور تحت دو شرط کار می کند – روشن و خاموش. اکنون به شما وظیفه ای داده شده که وقتی سوئیچ را روشن می کنید، نور باید بعد از ۳۰ ثانیه روشن شود. با این راه اندازی به صورت سیم‌بندی سخت دچار مشکل شده‌ایم. تنها راه برای دستیابی به این هدف، سیم‌بندی دوباره مدار برای اضافه کردن رله زمان بندی است که دردسر زیادی برای ایجاد یک تغییر جزئی به حساب می‌آید.

اینجاست که PLC به ذهن می آید که  نیازی به سیم کشی و سخت افزار اضافی جهت ایجاد تغییر لازم را ندارد. در عوض به تغییر ساده در کدها نیاز دارد، برنامه نویسی PLC می‌تواند تنها ۳۰ ثانیه پس از روشن شدن سوئیچ، چراغ را روشن کند. بنابراین، با استفاده از PLC می‌توان چندین ورودی و خروجی را بهم مرتبط نمود. این فقط یک مثال ساده است و PLC توانایی کنترل فرآیندهای بسیار بزرگتر و پیچیده تر را دارد.PLC  بسته به برنامه و نیازهای کاربر قابل تنظیم است.

پی ال سی (PLC) چیست؟

PLC یا به عبارتیProgrammable Logic Controller که به نام Programmable Controller نیز شناخته می شود یک کامپیوتر دیجیتال صنعتی است که برای کنترل فرآیندهای صنعتی، نظیر خطوط مونتاژ، تجهیزات روباتیک و هر فعالیتی که نیازمند کنترل با قابلیت اطمینان بالا باشد طراحی و ساخته شده است. تسهیل در برنامه نویسی و خطایابی آسان فرآیند، از ویژگی های PLC می باشد.

به عبارت دیگر، پی ال سی کنترل کننده ی 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 نمایند و نتیجه ی عملیات را نیز از قسمت خروجی به صورت فرمان هایی به گیرنده ها و اجرا کننده های فرمان (Actuators) ارسال می کند. به عبارت دیگر PLC عبارت از یک کنترل کننده  ی منطقی است که می توان منطق کنترل را توسط برنامه برای آن تعریف نمود و در صورت نیاز، به راحتی آن را تغییر داد.

انواع PLC

دو نوع اصلی PLC عبارتند از PLC ثابت یا کامپکت و PLC ماژولار.

PLC کامپکت

در یک حالت مجزا، ماژول های زیادی وجود خواهد داشت که دارای تعداد ثابت ماژولهای I / O و کارتهای I / O خارجی است. بنابراین، قابلیت گسترش ماژول ها وجود ندارد. هر ورودی و خروجی توسط سازنده انتخاب می‌شود.

PLC ماژولار

این نوع PLC را می‌توان از طریق ماژول‌ها گسترش داد، از اینرو به آن PLC ماژولار گفته می‌شود. همچنین اجزای I/O را می‌توان افزایش داد. استفاده از این نوع PLC راحت‌تر است زیرا هر جز مستقل از دیگری است.
PLC بر اساس خروجی به سه نوع PLC با خروجی رله، خروجی ترانزیستور و خروجی ترایاک (Triac) تقسیم‌بندی می‌شود. نوع خروجی رله مناسب‌ترین حالت برای تجهیزات با خروجی AC و DC است. PLC با نوع خروجی ترانزیستوری از عمکرد کلیدزنی استفاده می‌کند و در داخل ریزپردازنده‌ها مورد استفاده‌ها قرار می‌گیرد. بر اساس اندازه نیز PLC ها به انواع مینی، میکرو و نانو تقسیم‌بندی می‌شوند.

نحوه کارکرد و کاربرد PLC

PLC ها به نحوی طراحی شده اند که در محیط ها و شرایط خشن صنعتی، دوام بیاورند و در برابر گرما، سرما، گرد و غبار و رطوبت محافظت شده اند PLC. دارای یک میکروپروسسور است که با استفاده از زبان کامپیوتر برنامه نویسی می شود. برنامه در یک کامپیوتر نوشته شده و از طریق یک کابل به PLC منتقل می شود.

کاربرد پی ال سی PLC برای اولین بار از PLC در صنعت اتومبیل سازی استفاده شد و این دستگاه جایگزین رله ها و تایمرها شد. در سیستم PLC، نتایج خروجی در پاسخ به شرایط ورودی، باید در یک زمان محدود تولید شود. درصورت عدم پاسخ مناسب در زمان تعریف شده، عملکرد ناخواسته در سیستم اتفاق می افتد.

رنج PLC های تولید شده، از PLC های کوچک با حدود ده ها I/O که بصورت کامپکت با پروسسور هستند، شروع می شود تا PLC های ماجولار قابل نصب بر روی رک، که هزاران I/O دارند و اغلب به شبکه، به PLC های دیگر و به SCADA متصل می شوند.

پی ال سی ها مشخصه های فراوانی دارند ولی پرکاربردترین آنها عبارتند از:

1.    تعداد ورودی و خروجی دیجیتال و آنالوگ
2.    تعداد تایمر
3.    تعداد شمارنده
4.    تعداد رله های کمکی
5.    حجم حافظه قابل برنامه ریزی
6.    سرعت اجرای دستورات

معمولا PLC ها دارای پورت های ارتباطی صنعتی هستند که به کمک آن می توانند با سایر دستگاه ها ارتباط برقرار کنند. این امر باعث تسریع در امر تبادل اطلاعات می گردد و امکان کنترل دقیق تر را به PLC می دهد. امروزه استفاده از پی ال سی در صنایع و کارخانه ها رو به افزایش است و بایستی برق کاران صنعتی طرز استفاده از آن را بدانند. در واقع هر سیستم نیاز به کنترل دارد. در سیستم های صنعتی 2 نوع کنترل وجود دارد.

سخت افزاری (مدارات فرمان الکتریکی)

 سیستم های PLC که خود به 2 بخش تقسیم می شوند:

1.    سیستم های کنترلی DCS
2.    کامپیوترهای شخصی IPC

هر PLC از دو قسمت تشکیل شده است:

1.    سخت افزار
2.    نرم افزار

سخت افزار PLC

سخت افزار تشکیل دهنده PLC شامل CPU  MEMORY، INPUT/OUTPUT، منبع تغذیه و ماژول برنامه نویسی می باشد.

سخت افزار  PLC شامل:

1.    واحد منبع تغذیه
2.    واحد پردازش مرکزی
3.    حافظه: RAM  شامل کنگهداری فلگ ها، تایمرها، شمارنده ها و برنامه های کاربر می باشد  و حافظه دائم (EEPROM,EOROM)
4.    ترمینال های ورودی: ورودی های دیجیتال و ورودی های آنالوگ
5.    ترمینال های خروجی: خروجی های دیجیتال و خروجی های آنالوگ
6.    مدول ارتباط پروسسوری
7.    مدول رابط: تصویر ورودی ها و تصویر خروجی ها
8.    مدول منبع تغذیه

ورودی می تواند سنسور ها – کلید های قطع و وصل، عوامل مکانیکی و … باشند. خروجی هم موتورها – رله یا کنتاکتورها – لامپ ها و نمایشگر ها باشند.با اعمال ورودی به یک سیستم PLC که می تواند بصورت کلیدی و یا سنسور باشد عمل پردازش بر روی آن صورت گرفته و نتیجه عمل در یک عمل کننده یا یک شبیه ساز آشکار می شود.به مجموعه این اعمال یک فرایند یا پروسه کاری گفته می شود.

•    CPU

ماژول CPU دارای یک پردازنده مرکزی، حافظه ROM و RAM است. حافظه ROM شامل سیستم عامل، درایور و برنامه کاربردی است. از حافظه RAM برای ذخیره برنامه‌ها و داده‌ها استفاده می‌شود. CPU مغز PLC با ریزپردازنده هشت هشتی یا شانزده شانزدهی است. CPU مبتنی بر ریز پردازنده، جایگزین تایمر، رله و شمارنده می شود. دو نوع پردازنده به صورت تک بیتی یا کلمه‌ای می توانند با یک PLC ترکیب شوند.
از پردازنده یک بیتی برای انجام توابع منطقی استفاده می شود، در حالی که پردازنده‌های کلمه‌ای برای پردازش متن، داده های عددی، کنترل و ثبت داده‌ها استفاده می‌شوند. CPU  داده های ورودی را از حسگرها می خواند، آن را پردازش می‌کند و سرانجام دستور را برای دستگاههای کنترلی ارسال می کند. همانطور که در بحث قبلی ذکر شد، منبع تغذیه DC، تامین‌کننده سیگنال ولتاژ مورد نیاز است. CPU همچنین شامل قطعات الکتریکی دیگری برای اتصال کابلهای مورد استفاده توسط واحدهای دیگر است.

•    MEMORY

دیتای ثابتی است که توسط CPU استفاده می شود.سیستم ROM، دیتا را بصورت دائمی برای عملکرد سیستم ذخیره می کند. RAM، اطلاعات مربوط به ورودی و خروجی ها، مقادیر تایمرها، شمارنده ها و تجهیزات داخلی دیگر  را ذخیره می کند .

•    بخش I/O

ماژول ورودی :

آیا تاکنون به این فکر کرده اید که چگونه پارامترهای فیزیکی مانند دما، فشار، جریان و غیره را حس کنید؟ با استفاده از PLC؟ البته PLC یک ماژول اختصاصی برای ارتباط ورودی و خروجی دارد که به آن ماژول ورودی و خروجی گفته می شود. دستگاههای ورودی می توانند دکمه های فشاری استارت و استپ، سوئیچ ها و … باشند، و دستگاه های خروجی می توانند هیتر برقی، دریچه، رله و غیره باشند. ماژول I / O به ارتباط دستگاههای ورودی و خروجی با ریزپردازنده کمک می کند.

ماژول خروجی :

هنگامی که سیگنال منطقی بالایی از پردازنده حاصل می‌شود،LED  روشن می‌شود و اجازه می‌دهد تا نور روی یک ترانزیستور نوری بیفتد.  هنگامی که ترانزیستور به ناحیه رسانا می رود، یک پالس به سمت گیت ترایاک تولید می‌کند. بلوک جداکننده برای جداسازی بخش منطقی و بخش کنترل استفاده می شود.ورودی و خروجی های تجهیزات فیلد، نظیر سنسورها و سوئیچ ها را دریافت و ارسال می کند.

•    منبع تغذیه

از این ماژول برای تأمین توان مورد نیاز کل سیستم PLC استفاده می شود که توان AC موجود را به توان DC که مورد نیاز CPU و ماژول I / O است تبدیل می‌کند.  PLC ها یک منبع تغذیه ایزوله دارند. اما اکثر PLC ها با تغذیه 220V AC یا 24V DC کار می کنند.

•    تجهیز برنامه نویسی) Programming Device)

از این تجهیز جهت ارسال برنامه به حافظه پروسسور استفاده می شود. برنامه ابتدا به این تجهیز وارد می شود و سپس به حافظه PLC منتقل می شودبهنگام استفاده از PLC طراحی و اجرا بر اساس موارد استفاده انجام می‌گیرد. بدین منظور ابتدا لازم است اطلاعات بیشتری در مورد برنامه‌نویسی PLC داشته باشیم. یک برنامه PLC شامل مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها به شکل متنی یا گرافیکی است که نشان‌دهنده منطق حاکم بر فرآیند کنترل PLC است. به طور کلی دو دسته زبان برنامه‌نویسی برای PLC وجود دارد که هر کدام به زیر بخش‌های دیگر تقسیم می‌شوند.

1.    زبان متنی

•    لیست دستورات
•    متن ساختاریافته

2.    شکل گرافیکی

•    دیاگرام نردبانی Ladder Diagram (LD)
•    دیاگرام بلوک عملکردی Function Block Diagram (FBD)
•    جدول تابع متوالی Sequential Function Chart (SFC)
با توجه به ویژگی‌های ساده و راحت، نمایش گرافیکی بر زبان های متنی ارجحیت دارد.

باس های سیستم ( System Buses)

باس ها، راه هایی هستند جهت عبور سیگنال های دیجیتال در درون PLC . 4 سیستم باس به شرح زیر در PLC وجود دارد:
•    باس دیتا، که توسط CPU جهت انتقال دیتا در المان های مختلف بکار گرفته می شود.
•    باس کنترل، سیگنال هایی را منتقل می کند که مربوط به عملکردهای کنترلی داخلی است.
•    باس آدرس، آدرس موقعیت ها را جهت دسترسی به دیتا ارسال می کند.
•    باس سیستم، به پورت های I/O و واحد I/O کمک می کند که با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
•    حافظه بکار رفته در PLC
•    در PLC از حافظه های نیمه هادی و بیشتر از RAM و EEPROM استفاده می شود. یک باتری نیز برای جلوگیری از پاک شدن اطلاعات حافظه RAM در مواقع قطع برق و خاموش کردن دستگاه بکار برده می شود. یک خازن نیز موازی با باتری Back up گرفته که به هنگام تعویض باتری می تواند برق سیستم را به مدت 30 ثانیه تامین نمایید.

•    در مقایسه با روش های حل سنتی و PLC می توان نتیجه گرفت که روش کار PLC آسانتر و توانایی و قابلیت بیشتری نسبت به روش سنتی می باشد. در PLC می توان به راحتی در برنامه و اجرای آن تغییرات اعمال نمود. همچنین دارای حجم کم و ارزان تری می باشد و نگهداری آن نیز آسان تر است.

اهمیت PLC در اتوماسیون صنعتی

•    کنترل بهتر فرآیندهای تولید
•    سرعت و دقت عمل بالا
•    توانایی خواندن انواع ورودی های دیجیتال، آنالوگ و فرکانس بالا
•    توانایی انتقال فرمان به سیستم ها و قطعات خروجی نظیر مانیتورهای صنعتی، موتور، شیربرقی و غیره
•    امکانات اتصال به شبکه
•    ابعاد بسیار کوچک
•    سرعت پاسخگویی بسیار بالا
•    ایمنی، دقت و انعطاف پذیری زیاد
•    شبکه کردن PLC ها و امکان مدیریت آنها با یک کامپیوتر مرکزی

کاربرد پی ال سی (PLC)

•    کنترل هرگونه ماشین و وسیله برقی
•    کنترل هر سیستم خط تولید
•    کنترل فرمان مدار CNC

مزایای PLC

1.    سیم بندی سیستم های جدید در مقایسه با سیستم های کنترل رله ای
2.  از آنجایی که PLC توان بسیار کمی مصرف می کند، توان مصرفی به شدت کاهش پیدا خواهد کرد.
3.    توابع عیب یاب داخلی سیستم PLC، تشخیص و عیب یابی سیستم را بسیار سریع و راحت می کند.
4.    برعکس سیستم های قدیمی در سیستم های کنترلی جدید اگر نیاز به تغییر در نحوه کنترل یا ترتیب مراحل آن داشته باشیم، بدون نیاز به تغییر سیم بندی و تنها با نوشتن چند خط برنامه این کار را انجام می دهیم. در نتیجه وقت و هزینه بسیار بسیار اندکی صرف انجام اینکار خواهد شد.
5.    در مقایسه با تابلوهای قدیمی در سیستم های مبتنی بر PLC نیاز به قطعات کمکی از قبیل رله، کانتر، تایمر، مبدل های A/D و D/A و ... بسیار کمتر شده است. همین امر نیز باعث شده در سیستم های جدید از سیم بندی، پیچیدگی و وزن تابلو به نحو چشمگیری کاسته شود.
6.    PLC ها استهلاک مکانیکی ندارند. بنابراین علاوه بر عمر بیشتر، نیازی به تعمیرات و سرویس های دوره ای نخواهد داشت.
7.    برخلاف مدارات رله کنتاکتوری، نویزهای الکترونیکی و صوتی ایجاد نمی کنند. از آنجایی که سرعت عملکرد و پاسخ دهی PLC در حدود میکرو ثانیه و نهایتا میلی ثانیه است. لذا زمان لازم برای انجام هر سیکل کاری ماشین بطور قابل ملاحظه ای کاهش یافته و این امر باعث افزایش میزان تولید و بالا رفتن بازدهی دستگاه می شود.
8.    ضریب اطمینان و درجه حفاظت این سیستم ها بسیار بالاتر از ماشین های رله ای است.
9.    وقتی توابع کنترل پیچیده تر و تعداد I/O ها خیلی زیاد باشد، جایگزین کردن PLC بسیار کم هزینه تر و راحت تر خواهد بود.

کابرد PLC در صنعت

PLC ها در خیلی از وسایل و لوازم دنیای اطراف ما استفاده می شوند. اگر می گوییم اکنون دوره صنعت است، بهتر است بگوییم دوره PLC است. اگر شغل شما مرتبط به ماشین سازی، بسته بندی، مواد شناسی، مونتاژ خودکار یا یکی از صنایع بی شمار است ، تقریبا تمامی لوازمی که نیاز به نوعی کنترل الکتریکی دارند، نیازمند PLC هستند.

1.    صنایع اتومبیل سازی: تست قطعات و تجهیزات، سیستم های رنگ پاش، شکل دادن بدنه بوسیله پرس های اتومبیل، سوراخ کاری، اتصال قطعات
2.    صنایع پلاستیک سازی: ماشین های ذوب و قالب گیری تزریقی، دمش هوا، سیستم های تولید و آنالیز لاستیک
3.    صنایع سنگین: کوره های صنعتی، سیستم های کنترل دمای اتوماتیک، وسایل و تجهیزات مورد استفاده در ذوب فلزات
4.    صنایع شیمیایی: سیستم های مخلوط کننده، دستگاه های ترکیب کننده مواد با نسبت های مختلف
5.    صنایع غذایی: سیستم های عصاره گیری و بسته بندی
6.    صنایع ماشینی: صنایع بسته بندی، صنایع چوبی سیستم های سوراخ کاری، سیستم های اعلام خطر و هشدار دهنده،سیستم های استفاده شده در جوش فلزات
7.    صنایع حمل و نقل: جرثقیل ها و سیستم های نوار نقاله ، تجهیزات حمل و نقل
8.    صنایع تبدیل انرژی: ایستگاه های تقویت فشار گاز، ایستگاه های تولید نیرو، کنترل پمپ های آب، سیستم های تصفیه آب و هوای صنعتی، سیستم های تصفیه و بازیافت تصفیه و بازیافت گاز
9.    خدمات ساختمانی: تکنولوژی بالابری، کنترل هوا و تهویه مطبوع، سیستم های روشنایی خودکار

تفاوت PLC با کامپیوتر

تمامی اجزا یک کامپیوتر در یک PLC وجود دارد ولی کامپیوتر از لحاظ نوع ورودی و خروجی ها و همچنین عمل ترکیب ورودی ها و خروجی ها با PLC متفاوت می باشد. خروجی PLC می تواند یک رله – ترانزیستور- تریستور و غیره باشد. که با توجه به حداکثر جریان مجاز خروجی PLC باید انتخاب شود تا آسیبی به سیستم وارد نشود. در PLC ما نتیجه عمل را می بینیم ولی در کامپیوتر فقط اطلاعات را می بینیم.

انواع PLC

در صنعت PLC بیش از یکصد کارخانه با تنوع زیاد در طراحی و ساخت انواع مختلف PLC فعالیت می کنند. PLC ها را می توان از نظر اندازه حافظه یا تعداد ورودی / خروجی دسته بندی نمود.