مقدمه ای در مفاهیم اولیه PLC

امروزه در بین کشورهای صنعتی ، رقابت فشرده و شدیدی در ارائه راهکارهایی برای کنترل بهتر فرآیندهای تولید ، وجود دارد که مدیران و مسئولان صنایع در این کشورها را بر آن داشته است تا تجهیزاتی را مورد استفاده قرار دهند که سرعت و دقت عمل بالایی داشته باشند.  بیشتر این تجهیزات شامل سیستم‌های استوار بر کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (Programmable Logic Controller)  PLC  میباشند . در بعضی موارد که لازم باشد میتوان PLCها را با هم شبکه کرده و با یک کامپیوتر مرکزی مدیریت نمود تا بتوان کار کنترل سیستم‌های بسیار پیچیده را نیز با سرعت و دقت بسیار بالا و بدون نقص انجام داد . قابلیت‌هایی از قبیل توانایی خواندن انواع ورودی‌ها ) دیجیتال ، آنالوگ ، فرکانس بالا...) ، توانایی انتقال فرمان به سیستم‌ها و قطعات خروجی نظیر مانیتورهای صنعتی ، موتور ، شیر‌برقی ، ... و همچنین امکانات اتصال به شبکه ، ابعاد بسیار کوچک ، سرعت پاسخگویی بسیار بالا، ایمنی ، دقت و انعطاف پذیری زیاد این سیستم‌ها باعث شده که بتوان کنترل سیستم‌ها را در محدوده وسیعی انجام داد .

مفهوم کنترلرهای قابل برنامه ریزی PLC   :

در سیستم‌های اتوماسیون وظیفه اصلی کنترل بر عهده PLC است که با گرفتن اطلاعات از طریق ترمینالهای ورودی، وضعیت ماشین را حس کرده و نسبت به آن پاسخ مناسبی برای ماشین فراهم می‌کند. امکان تعریف مدهای مختلف برای ترمینالهای ورودی/خروجی یک PLC، این امکان را فراهم کرده تا بتوان PLC را مستقیما به المانهای دیگر متصل نمود . علاوه بر این PLC شامل یک واحد پردازشگر مرکزی( CPU) نیز میباشد ، که برنامه کنترلی مورد نظر را اجرا می‌کند. این کنترلر آنقدر قدرتمند است که می‌تواند هزارها I/O را در مدهای مختلف آنالوگ یا دیجیتال و همچنین هزارها تایمر/ کانتر را کنترل نماید. همین امر باعث شده تا بتوان هر سیستمی، از سیستم کنترل ماشین‌هایی با چند I/O که کار ساده‌ای مثل تکرار یک سیکل کاری کوچک را انجام می‌دهند گرفته تا سیستم‌های بسیار پیچیده تعیین موقعیت و مکان‌یابی را کنترل نمود. این سیستم می‌تواند بدون نیاز به سیم‌بندی و قطعات جانبی و فقط از طریق نوشتن چند خط برنامه تا صدها تایمر را در آن واحد کنترل و استفاده نماید.

زمان پاسخ گوییScan Time   :

این زمان بستگی به سرعت پردازش CPU و مدل انتخاب شده PLC و طول برنامه کاربر دارد که از یک میکرو‌ثانیه تا ده میلی ثانیه می‌باشد. مثلا در مواقعی که I/O از سیستم اصلی دور باشد، چون مجبور به نقل و انتقال سیگنالها به سیستم دورتری هستیم در نتیجه زمان اسکن زیاد می‌شود. همچنین مانیتور کردن برنامه کنترلی اغلب به زمان اسکن می‌افزاید چرا که CPU کنترلر مجبور است وضعیت کنتاکتها، رله‌ها ، تایمر‌ها و... را روی CRT یا هر وسیله نمایشگر دیگری بفرستد.

قطعات ورودی :

هوشمند بودن سیستم اتوماسیون بیشتر مربوط به توانایی PLC در خواندن سیگنالهای ارسالی از انواع ورودی‌های دستی، اتوماتیک و حس‌گرهای خودکار می‌باشد. قطعات ورودی نظیر شستی‌های استارت/ استوپ ، سوییچ‌ها، میکرو‌سوییچ‌ها، سنسورهای فتوالکتریک، proximity ،  level sensor ، ترموکوپل، PT100  و ... میباشند که از آنها برای انجام عملیاتی نظیر تشخیص قطعه روی نوار نقاله حامل قطعات، تشخیص رنگ، تشخیص سطح مایعات داخل مخزن، آگاهی داشتن از مکانیزم حرکت و موقعیت جسم، تست کردن فشار مخازن و بسیاری موارد دیگر، استفاده می‌کند . سیگنالهای ورودی یا دیجیتال هستند و یا آنالوگ ، که در هر صورت میتوان ورودی‌های PLC را در مدهای مختلف تنظیم و مورد استفاده قرار داد .

قطعات خروجی :

همانطوری که می‌دانید یک سیستم اتوماسیون شده بدون داشتن قابلیت اتصال به قطعات خروجی از قبیل سیم‌پیچ، موتور، اینورتر، شیربرقی ، هیتر و ... کامل نخواهد بود. قطعات خروجی نحوه عملکرد سیستم را نشان می‌دهند و مستقیما تحت تاثیر اجرای برنامه کنترلی سیستم میباشند . در خروجی‌های PLC نیز مدهای مختلفی برای اعمال سیگنال به المانهای خروجی وجود دارد

نقش کنترلرهای قابل یرنامه ریزی ( PLC ) در اتوماسیون صنعتی :

در یک سیستم اتوماسیون ، PLC بعنوان قلب سیستم کنترلی عمل مینماید . هنگام اجرای یک برنامه کنترلی که در حافظه آن ذخیره شده است ، PLC همواره وضعیت سیستم را با گرفتن فیدبک از قطعات ورودی و سنسورها بررسی مینماید . سپس این اطلاعات را به برنامه کنترلی خود منتقل مینماید و نسبت به آن در مورد نحوه عملکرد سیستم تصمیم‌گیری نموده و در نهایت فرمانهای لازم را به قطعات و دستگاههای مربوطه ارسال مینماید .

مقایسه تابلوهای کنترل معمولی با تابلوهای کنترلی مبتنی بر PLC :

امروزه تابلوهای کنترل معمولی ( رله‌ای ) خیلی کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. چرا که معایب زیادی دارند. از آنجا که این نوع تابلوها با رله‌های الکترو‌مکانیکی کنترل می‌شوند، وزن بیشتری پیدا می‌کنند، سیم‌کشی تابلو ، کار بسیار زیادی می‌طلبد و سیستم را بسیار پیچیده می‌کند. در نتیجه عیب‌یابی و رفع مشکل آن بسیار پرزحمت بوده و برای اعمال تغییرات لازم در هر سال و یا بروز کردن سیستم بایستی آن را بمدت طولانی متوقف نمود که این امر مقرون به صرفه نخواهد بود . ضمنا توان مصرفی این تابلوها نیز بسیار زیاد است .
با بوجود آمدن PLC، مفهوم کنترل و طراحی سیستم‌های کنترلی بطور بسیار چشمگیری پیشرفت کرده و استفاده از این کنترلر‌ها مزایای بسیار زیادی را دارا میباشد . برخی از این موارد  عبارتند از :

الف - سیم بندی سیستم‌های جدید در مقایسه با سیستم‌های کنترل رله‌ای تا 80٪ کاهش می یابد .

ب-   PLC توان بسیار کمی را مصرف می‌کند ، در نتیجه توان مصرفی سیستم بشدت کاهش می یابد .

ج- توابع عیب یاب داخلی سیستم PLC ، تشخیص و عیب‌یابی سیستم را بسیار سریع و راحت مینماید .

برعکس سیستم‌های قدیمی ، در سیستم‌های کنترلی جدید اگر نیاز به تغییر در نحوه کنترل یا ترتیب مراحل آن باشد ، بدون نیاز به تغییر سیم‌بندی و تنها با نوشتن چند خط برنامه این کار انجام میپذیرد . در نتیجه وقت و هزینه بسیار اندکی صرف خواهد گردید .در مقایسه با تابلو‌های قدیمی ، در سیستم‌های مبتنی بر PLC نیاز به قطعات کمکی از قبیل رله ، کانتر، تایمر، مبدل‌های A/Dو D/A و... بسیار کمتر شده است . همین امر نیز باعث شده در سیستم‌های جدید از سیم‌بندی ، پیچیدگی و وزن تابلو‌ها به نحو چشمگیری کاسته گردد . از آنجاییکه سرعت عملکرد و پاسخ‌دهی  PLC در حدود میکرو‌ثانیه و نهایتا میلی ثانیه است ،  لذا زمان لازم برای انجام هر سیکل کاری بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش یافته و این امر باعث افزایش میزان تولید و بالا رفتن بازدهی دستگاه میگردد . در مورد ضریب اطمینان و درجه حفاظت نیز سیستم PLC  بسیار بالا تر از سیستم رله‌ای میباشد . در مجموع وقتی توابع کنترل پیچیده‌تر و تعداد I/O ها خیلی زیاد باشد ، جایگزین کردن PLC بسیار کم ‌هزینه‌تر و راحت‌تر خواهد بود .