کاربرد plc چیست؟

در صنعت تکنولوژی و فناوری، قبل از این که مدارهای منطقی حالت جامد، به وجود بیاید، مدارهای کنترلی فقط بر مبنای رله‌های الکترومکانیکی ساخته می شد و تمام کنترل ها با استفاده از رله ها انجام می شد. (رله دستگاهی الکترومکانیکی است که از سیم پیچ و اجزای مکانیکی تشکیل شده است). از آنجا که رله ها دارای اجزای مکانیکی است، در معرض سایش و عملکرد نامناسب قرار می گیرد. با انرژی دادن به سیم پیچ می توان کنتاکت های خروجی را کنترل کرد. رله کنتاکتوری همواره موجب نارضایتی مهندسین بود به همین خاطر دستگاه PLC  ساخته شد. به مرور تابلوهای قدیمی که پر از رله و کنتاکتور و تایمر وکانتر بود جای خود را به PLC داده و نظم جدیدی را پذیرفته است.

* PLC  چیست؟

PLC مخفف Programmable Logic Controller یا کنترل‌گر منطقی برنامه‌پذیر به معنی کنترلر منطقی قابل برنامه ریزی است. (کنترل‌لر می تواند تمام کارهای کنترلی را انجام دهد، به همین دلیل است که به PLC، اتوماسیون نیز گفته می شود، چرا که یک اتوماسیون تماما یک سیستم کنترلی و البته عملگرا است). پی ال سی دستگاهی  است با قابلیت برنامه‌ریزی  از نوع منطقی که می‌توان داده‌هایی را به عنوان ورودی به دستگاه تغذیه کرد، روی آنها پردازش انجام داد و در نهایت خروجی‌هایی را کنترل کرد یا نمایش داد. plc  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.

 PLC همچون کامپیوترهای رومیزی  ورودی ها و خروجی های فراوانی دارد که بنا به نیاز از این ورودی ها و خروجی ها استفاده می شود. کامپیوتری که به طور خاص برای عملکرد ایمن در محیط های صنعتی سخت مانند دمای شدید، مرطوب، خشک و یا با گرد و غبار طراحی شده است و از آن برای اتوماسیون فرایندهای صنعتی مانند خط مونتاژ تولید، کارخانه فرآوری سنگ معدن یا تصفیه خانه فاضلاب استفاده می شود. از PLC در فرایندهای صنعتی مانند کنترل فرایندهای تولید، کنترل خطوط مونتاژ ، کنترل دستگاه‌های رباتیک یا هر فرایندی که نیاز به کنترل دقیق و قابل اطمینان و عیب‌یابی ساده داشته باشد از آن استفاده می‌شود.

راحتی در برنامه نویسی و خطایابی آسان فرآیند، از ویژگی های بارز PLC  است و همین امر باعث انعطاف پذیری برای PLC شده است؛ بنابراین  در بالا نیز اشاره شد در صنایع مختلف از PLC استفاده می شود و در هر صنعتی متناسب با آن صنعت برنامه لازم برای PLC نوشته و روی آن نصب می شود. PLC با کارایی بالا و وزن کم در صنایع و ماشین آلات بسته بندی پرکنها پله برقی و غیره کاربرد دارد.  میتوان گفت، PLC 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 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. پس می توان گفت PLC مغز سیستم و کنترل در صنعت امروز است.

کار با یک PLC را می‌توان به راحتی به عنوان یک روش اسکن چرخشی که به عنوان چرخه اسکن شناخته می‌شود، دریافت. كارخانه های سازنده PLC برای آن، نرم افزاری تدارک دیده اند، که پس از نصب نرم افزار روی كامپیوتر می توان برنامه دلخواه را نوشت و سپس آن برنامه را از كامپیوتر وارد PLC کرد.

plc  از مدار منطقی برای محاسبات و پردازش استفاده می کند و به خاطر همین خطای کمتری را نسبت به مدار فرمان خواهد داشت و می توان از این نکته همواره اطمینان داشت که این دستگاه ها هیچ گاه اشتباه نخواهند داشت مگر این که دچار نقص فنی شوند و نیاز به سرویس و تعمیر داشته باشد.

PLC نخستین بار در صنعت اتومبیل سازی مورد استفاده قرار گرفت و این دستگاه جایگزین رله ها و تایمرها شد. در سیستم PLC، نتایج خروجی در پاسخ به شرایط ورودی، می بایست در یک زمان کوتاه تولید شود. چنانچه پاسخ مناسب در زمان تعریف شده، دریافت نشود عملکرد ناخواسته در سیستم اتفاق می افتد.

* تاریخچه ی PLC

PLC کنترل کننده قابل برنامه ریزی منطقی، توسط دیک مورلی در سال ۱۹۶۴ اختراع شد(PROGRAMABLE .CONTROLLER)المانی ها در سال 197۲ PLC را وارد بازار کردند و اکنون شرکت های مختلفی در جهان در زمینه ساخت و استفاده از PLC در حال فعالیت است. طیف گسترده ای از عملکرد PLC مانند زمان بندی، شمارش، محاسبه، مقایسه و پردازش سیگنال های مختلف آنالوگ وجود دارد.

در PLC از حافظه های نیمه هادی و بیشتر از RAM و EEPROM استفاده می شود. برای جلوگیری از پاک شدن اطلاعات حافظه RAM در مواقع قطع برق و خاموش کردن دستگاه در آن باطری بکار برده شده. یک خازن نیز موازی با باتری Back up گرفته که به هنگام تعویض باتری می تواند برق سیستم را به مدت 30 ثانیه تامین کند. از امتیارات مهمPLC نسبت به سیستم کنترل سخت سیم‌بندی شده این است که می توان پس از برنامه‌ریزی، با کمترین هزینه ، مجددا به PLC برگشت وآن را تغییر داد.

* انواع سیستم PLC

از نظر اندازه حافظه یا تعداد ورودی PLC به سه نوع کوچک، متوسط و بزرگ تقسیم می شود.

- از پی ال سی های کوچک به جای کنترل کننده های سنتی استفاده می شود. تابعیت گسترش محدود و حداکثر دو یا چند ورودی - خروجی دارد و برنامه نویسی آنها، نردبانی یا با دستورات نمادی انجام می شود.

 - PLC های متوسط ساختار مدولار دارد به همین خاطر توسعه و یا تغییر آنها ساده است و فقط با افزودن یا تغییر مدول ها انجام می شود. این نوع پی ال سی از امکانات ارتباطی زیادی برخوردار است و از آنها  می توان در کنترل گسترده استفاده کرد و برنامه نویسی آنها نردبانی یا نمادی و یا دستورات گرافیکی است.

-  از PLC های بزرگ در مواقع ای که تعداد ورودی ها - خرروجی ها زیاد یا عملیات کنترلی پیچیده باشد، استفاده می شود از این PLC ها برای هدایت تعدادی PLC کوچک نیز استفاده می شود و برنامه نویسی این نوع PLC ها معمولا با استفاده از زبان های سطح بالا صورت می گیرد.

مشخصه های اصلی پی ال سی شامل، تعداد ورودی و خروجی دیجیتال و آنالوگ، تعداد تایمر ، تعداد شمارنده، تعداد رله های کمکی، حجم حافظه قابل برنامه ریزی و سرعت اجرای دستورات است. 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.

برای استفاده از PLC مناسب در یک پروژه باید مواردی همچون: تعداد ورودی های دیجیتال، تعداد خروجی های دیجیتال، تعداد ورودی انالوگ، تعداد خروجی انالوگ، تعداد تایمرها و کانترها، نوع فلگ ها و تایمرها، اندازه حافظه، سرعت اجرای برنامهSCAN TIME و نوع برنامه کاری دستگاه و توان plc را مد نظر قرار داد.  

 * قسمت های تشکیل دهنده PLC

هر PLC از 5 قسمت اصلی تشکیل شده که عبارتند از:

1-   منبع تغذیه (power supply) :

2-   واحد پردازنده ی مرکزی (cpu )

3-  حافظه (Memory)

4-  رابطه برنامه نویسی (programmer)

5-  واحد ورودی / خروجی (I/O)هر PLC از دو قسمت سخت افزار و نرم افزار تشکیل شده است. ساختار فیزیکی PLC تقریبا مشابه معماری کامپیوتر است. دو نوع اصلی PLC عبارتند از PLC ثابت یا کامپکت و PLC ماژولار.

* جایگاه plc  در جهان امروزی

plc  در سراسر دنیای امروزی در صنایع مختلف از جمله کارخانه ها مورد نیاز است، از صنایع نفت و گاز و پتروشیمی گرفته تا پلاستیک ، لاستیک ، صنایع مواد غذایی و غیره که ابعاد بسیار وسیعی دارد و می توان گفت بازار کار جهانی این رشته و شغل بسیار مطلوب است. می توان از plc ها در هر شرایط جوی و آب  و هوایی استفاده کرد، مانند استفاده در کوره ها و یا جاهایی که دسترسی بسیار سختی دارند و استفاده از رایانه های معمولی امکان پذیر نیست پی ال سی ها به راحتی این عملیات را انجام می دهند و پردازش های خاص را بر روی داده های مختلف به خوبی پیاده سازی می کنند.  

*  PLC  چگونه کار می کند و چه کاربردی دارد؟

این فناوری به گونه ای طراحی شده است که بتواند در محیط ها و شرایط سخت صنعتی، دوام بیاورد و طراحی آن به گونه ای است که در برابر گرما، سرما، گرد و غبار و رطوبت محافظت می شود. پی ال سی یک میکروپروسسور دارد که با استفاده از زبان کامپیوتر برنامه نویسی می شود. برنامه در یک کامپیوتر نوشته شده و به وسیله ی کابلی به PLC انتقال داده می شود. رِنج PLC های تولید شده، از PLC های کوچک با حدود ده ها I/O که به صورت کامپکت با پروسسور است، شروع می شود تا PLC های ماجولار قابل نصب بر روی رک، که  از هزاران I/O برخوردار است و غالبا به شبکه، به PLC های دیگر و به SCADA متصل می شود. این نوع از فناوری درکنترل هرگونه ماشین و وسیله برقی، کنترل هر سیستم خط تولید و کنترل فرمان مدار CNC دستگاه‌های اتوماسیون فرآیند (معدن، نفت و گاز)، صنعت شیشه، صنعت کاغذ، تولید سیمان و در نیروگاه‌های بخار - حرارتی کاربرد دارد.

راحتی کار برای اپراتور، سرعت و دقت عمل بالا در plc، قدرت خواندن انواع ورودی‌ها ی دیجیتال، آنالوگ و فركانس بالا و نمایش آن، توانایی انتقال فرمان به سیستم‌ها و قطعات خروجی همانند مانیتورهای صنعتی، موتور، شیر‌برقی، امكانات اتصال PLC به شبكه با استانداردهای بروز، شکل بسیار كوچك و زیبا و سهولت وایرینگ، سرعت پاسخگویی بسیار بالا ایمنی، دقت و انعطاف پذیری زیاد ، شبکه کردن PLC ها و امکان مدیریت آنها با یک کامپیوتر مرکزی وذخیره کردن اطلاعات، از وظایف مهم PLC دربهبود فرایند اتوماسیون صنعتی است. 

*کاربردهای PLC در صنعت :

PLC ها در خیلی از وسایل و لوازم مورد استفاده قرار می گیرد از جمله ماشین سازی ، بسته بندی ، مواد شناسی ، مونتاژ خودکار و ... .

 - در صنایع اتومبیل سازی مانند: سیستم های رنگ پاش و شکل دادن بدنه به وسیله پرس های خودکار، تست قطعات و تجهیزات، سوراخ کاری اتوماتیک، اتصال قطعات همچنین آزمودن قطعات و تجهیزات اتومبیل، و… .

- صنایع پلاستیک سازی همچون: دمش هوا ، ماشین های ذوب و قالب گیری تزریقی ، سیستم های تولید و آنالیز پلاستیک.

- صنایع سنگین همانند: کوره های صنعتی ، سیستم های کنترل دمای خودکار، وسایل و تجهیزات مورد استفاده در ذوب فلزات

- صنایع شیمیایی مثل: سیستم های مخلوط کننده ، دستگاه های ترکیب کننده مواد با نسبت های متفاوت و ... .

- صنایع غذایی از قبیل: سیستم های عصاره گیری و بسته بندی،  سیستم های سانتر فیوژ و ... .

- صنایع ماشینی همانند: صنایع بسته بندی ، صنایع چوب ، سیستم های سوراخ کاری ، سیستم های اعلام خطر و هشدار دهنده ، سیستم های استفاده شده درجوش فلزات

- صنایع حمل و نقل: جرثقیل ها ، سیستم های نوار نقاله ، تجهیزات حمل ونقل

- 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 باز یافت تصفیه و بازیافت گاز

- خدمات ساختمانی مانند: آسانسور ها ، کنترل هوا و تهویه مطبوع ،سیستم های روشنایی خودکار

* مزایای استفاده از PLC  

استفاده از پی ال سی باعث شده سیم بندی سیستم‌های جدید در مقایسه با سیستم‌های كنترل رله‌ای تا حد زیادی کاهش یابد. از PLC به جای سامانه‌های رله‌ای شامل: نصب و  برنامه نویسی آسان، زمان پاسخ کوتاه، سرعت بالای کنترل، قابلیت شبکه کردن مجموعه، تست و عیب‌یابی ساده وقابلیت اطمینان بالای این سامانه ها استفاده می شود. این نوع از فناوری توان بسیار كمی مصرف می‌كند، به خاطر همین توان مصرفی به مقدار زیادی كاهش پیدا خواهد كرد. در سیستم‌هایی که از PLC  استفاده شده نیاز به قطعه های كمكی از مانند رله، كانتر، تایمر، مبدل‌های A/D و D/Aبسیار كمتر شده است. همین امر سبب شده در سیستم‌های جدید از سیم‌بندی،  پیچیدگی و وزن تابلو‌ها به مقدار قابل ملاحظه ای کم شود.

PLC مانند مدارهای رله کنتاکتوری، نویزهای الکترونیکی و صوتی ایجاد نمی کند. چون سرعت عملكرد و پاسخ ‌دهی  PLC در حدود میكرو‌ثانیه و نهایتا میلی ثانیه است، برای همین زمان لازم برای انجام هر سیكل كاری ماشین به طور قابل قابل توجهی كم شده که خود باعث افزایش میزان تولید و بالا رفتن بازدهی دستگاه می‌شود. ضریب اطمینان و درجه حفاظت این سیستم‌ها بسیار بالا تر از ماشین‌های رله‌ای است. این فناوری استهلاک مکانیکی ندارد که خود باعث عمر بیشتر آن می شود و نیازی به تعمیرات و سرویس های دوره ای پیدا نخواهد کرد.  

 * معایب  PLC

سیم کشی این دستگاه وقت زیادی را می برد. تغییر برنامه و عملکرد پی ال سی کار خسته کننده ای است. برای یافتن خطاهای آن نیاز به نیروی کاری ماهر است، همچنین زمانی که مشکلی برای آن به وجود بیاید عیب یابی آن بسیار سخت خواهد شد. 

* زبان نویسی PLC

امروزه تحت استانداردهای IEC سازندگان PLC باید حداقل یک یا 2 عدد زبان استاندارد را در PLC خود استفاده کنند، 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: زبان متنی، لیست دستورات، متن ساختاریافته، شکل گرافیکی، دیاگرام نردبانی، دیاگرام بلوک عملکردی، جدول تابع متوالی تقسیم می شوند. 

* فرق بین PLC با کامپیوتر

 استفاده از  PLC  بسیار ساده است و نیاز به گذراندن دوره های آموزش ی مفصل، طولانی و پر هزینه ندارد در حالی که استفاده از کامپیوتر معمولی نیازمند آموزش های نسبتاً طولانی، صرف وقت و هزینه های بسیار است. 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 فرق دارد. خروجی PLC می تواند یک رله، تریا، 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  نتیجه عمل دیده می شود اما در کامپیوتر فقط اطلاعات قابل مشاهده است.