سیستم plc و کاربردهای آن

سیستم PLC چیست؟

سال های متمادی است که فناوری نوینی وارد بازار شده و تغییرات عمده ای در عملکرد تجهیزات صنعتی ایجاد کرده است. این فناوری خاص در ابتدا تنها برای کاربردهای صنعتی استفاده می شد، اما بعدها بدلیل قدرت و انعطاف پذیری بالایی که داشت، موارد استفاده فراوانی پیدا کرد. نام این تکنولوژی پیشرفته PLC (Programmable Logic Controller) است. حال ببینیم کاربرد plc چیست ؟

PLC از نظر لغوی به معنی کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی بوده و به عبارتی کامپیوتر خاصی است که برای کارکرد در شرایط صنعتی طراحی شده و عملکرد اتوماتیک تجهیزات صنعتی را در پی داشته است. این سیستم بگونه ای ساخته شده که در شرایط سخت محیط های صنعتی مانند دماهای بسیار بالا، رطوبت، خشکی و گرد و خاک قابل استفاده می باشد. تا قبل از روی کار آمدن سیستم PLC، عمده سیستم های کنترلی که در صنایع کاربرد داشتند، بصورت رله بودند و گاها تعداد این رله ها به قدری زیاد می شد که یک محفظه برای آن در نظر می گرفتند.

امروزه با توجه به مزایای فراوان سیستم PLC، نیاز به تجهیزات قدیمی تقریبا از بین رفته و انجام کارها با سرعت و بصورت اتوماتیکی انجام می گیرد؛ لذا بدلیل اهمیت سیستم های PLC و برای شناخت کامل آنها در این مقاله به بررسی ساختار، انواع و ویژگی های کلی این تجهیزات پرداخته ایم.

بخش های تشکیل دهنده سیستم plc چیست؟

واحد منبع تغذیه PS

منبع تغذیه تامین کننده ولتاژهای لازم در سیستم PLC است. ولتاژهایی که این منبع ایجاد می کند به ترتیب 24 ولت DC و 220 ولت AC و 5 ولت DC است تا مدار منطقی پردازنده و بخش های ورودی و خروجی بتوانند عملکرد خوبی داشته باشند. لازم به ذکر است که ولتاژ منبع تغذیه بایستی بصورت کامل تنظیم شده باشد. ولتاژ مورد استفاده در بیشتر پی ال سی ها 5 یا 5/2 ولت DC می باشد.

واحد پردازش مرکزی CPU

CPU که به آن واحد پردازش مرکزی نیز می گویند، قلب سیستم PLC بوده و وظیفه آن دریافت اطلاعات از بخش های ورودی و پردازش آنها مطابق با دستورات برنامه و صادر کردن فرمان هایی است که در بخش خروجی ظاهر می گردد. لازم به ذکر است که هر چقدر سرعت پردازش در CPU بالاتر باشد، زمانی که برای اجرای یک برنامه نیاز است، کمتر می شود.

حافظه یا Memory

همان گونه که از نام این بخش نیز مشخص است مسئول ذخیره اطلاعات و برنامه های لازم برای کنترل است. تفاوتی که سیستم های PLC با یکدیگر دارند، معمولا بدلیل برنامه سیستم عامل و طراحی خاصی است که CPU دارد. در سیستم PLC دو نوع حافظه وجود دارد، حافظه موقت و حافظه دائم. این دو حافظه در کاربرد plc در صنایع مختلف نقش کلیدی دارند.

• حافظه موقت: حافظه موقت یا RAM که محلی برای نگهداری فلگ ها (سیگنال)، تایمرها، شمارنده ها و برنامه های کاربر می باشد.
• حافظه دائم: EPROM که به آن حافظه دائم گفته می شود، محلی برای ذخیره و نگهداری همیشگی برنامه ها است.

ترمینال ورودی

بخش دیگر سیستم PLC، ترمینال ورودی آن است که محلی برای دریافت اطلاعات از فرآیند یا پروسه تحت کنترل به شمار می رود. تعداد این ورودی ها در سیستم های PLC متفاوت می باشد. در حالت کلی دو نوع ورودی وجود دارد، دیجیتال و آنالوگ.

• ورودی های دیجیتال یا گسسته: ورودی های دیجیتال بصورت سیگنال های صفر و با ولتاژ 24 ولت DC هستند. دلیل این سیگنال های متغیر این است که گاها برای پردازش CPU به سطح ولتاژ متفاوتی نیاز است.
• ورودی های آنالوگ یا پیوسته: این ورودی ها مستقیما به مدول های آنالوگ متصل هستند. این مدول های ورودی باعث تبدیل سیگنال های دریافتی به مقادیر دیجیتال می شوند.

ترمینال خروجی

ترمینال خروجی وظیفه صدور فرمان های پی ال سی به پروسه تحت کنترل را دارد. تعداد این خروجی ها در سیستم های PLC مختلف، متفاوت بوده و به دو صورت دیجیتال و آنالوگ هستند.

• خروجی های دیجیتال یا گسسته: فرمان های خروجی به صورت 0 تا 24 ولت DC می باشند. با این اوصاف هر خروجی می تواند به صورت مقادیر 0 یعنی غیر فعال و 1 فعال باشد. سیگنال های فوق به تقویت کننده ها و یا مبدل های الکتریکی ارسال می شوند. در برخی موارد رساندن مدول های خروجی دیجیتال به سطح سیگنال های داخلی PLC به 2 یا 24 ولت، ولتاژ DC نیاز دارد.
• خروجی های آنالوگ یا پیوسته: مدول های خروجی پیوسته که به آنها آنالوگ نیز گفته می شود، مقادیر دیجیتال پردازش شده توسط CPU را به سیگنال های پیوسته تحت کنترل تبدیل می نماید. خروجی ها را با استفاده از واحدی به نام Isolator از دیگر قسمت های سیستم plc ایزوله می کنند. این موضوع باعث می شود تا مدارهای موجود در داخل plc در برابر اتصالات ناخواسته محافظت شود.

مدول ارتباط پروسسوری CPU

ارتباط بین CPU مرکزی با دیگر CPUها بر عهده مدول ارتباط پروسسوری است.

مدول رابط IM

مدول رابط IM به عنوان رابطی است برای زمانی که نیاز به افزودن واحدهای دیگر ورودی و خروج باشد. همچنین به منظور اتصال پانل اپراتوری و پروگرامر به پی ال سی کاربرد دارد. از دیگر موارد استفاده از این مدول، زمانی است که چندین PLC در حالت شبکه به یکدیگر متصل می شوند.

انواع PLC

مینی پی ال سی Mini plc

این نوع سیستم PLC همان گونه که از نام آن نیز مشخص است، در اندازه های کوچک بوده و به همین دلیل دارای محدودیت هایی می باشد. از جمله کمبودهایی که این سیستم ها دارند، کم بودن تعداد ورودی و خروجی در آنها است. کاربرد plc مینی در پروژه های بزرگ غیر ممکن است و نمی توان از آن استفاده کرد.

پی ال سی مجتمع Compact plc

این نوع سیستم پی ال سی از ویژگی های بسیار جالبی برخوردار است. طراحی پی ال سی مجتمع بگونه ای است که تمامی قطعات و اجزا مانند ورودی ها و خروجی ها، پردازنده، منبع تغذیه و دیگر بخش های آن درون باکس قرار دارند. این سیستم پی ال سی دارای اندازه بزرگ تری بوده و حجم بالایی از اطلاعات را در خود جای می دهد. استفاده از این سیستم در پروژه های متوسط بیشتر است و در پروژه های هوشمند سازی و اتوماسیون بیشتر کاربرد دارد.

پی ال سی ماژولار Modular plc

پی ال سی ماژولار نیز دارای ویژگی های منحصر به فرد فراوانی است و بخش ها و اجزای مهم آن جدای از یکدیگر هستند. از دیگر مزیت هایی که می توان در مورد این سیستم ذکر کرد تعداد بالای ورودی و خروجی در آن است. تعداد ورودی این پی ال سی ها به 2000 می رسد.

پی ال سی رک Rack plc

PLC رک شبیه به پی ال سی ماژولار است و نکته خاصی هم که در مورد آن وجود دارد، این است که ورودی و خروجی های آن به ماژول مرکزی متصل هستند. تعداد ورودی و خروجی در این پی ال سی حدود 5000 بوده و می توان گفت که از بهترین و مناسب ترین نوع سیستم های PLC می باشد. کاربرد plc رک در پروژه های بزرگ که تعداد داده و اطلاعات زیاد دارند، بیشتر است.

چگونگی عملکرد plc

برای توصیف عملکرد سیستم PLC لازم است تا نگاهی به چرخه عملکرد آن داشته باشیم که به شرح زیر می باشد:

• شروع چرخه مانیتورینگ
• خوانده شدن اطلاعات ماژول ورودی
• اجرای برنامه نوشته شده توسط کاربر
• ثبت داده بر روی ماژول خروجی
• انجام دیگر کارها

اولین کاری که در این مرحله انجام می گیرد این است که سیستم عامل شروع به رصد زمانی کرده و وارد چرخه می شود. داده های ماژول ورودی توسط CPU خوانده شده و وضعیت تمامی ورودی ها مورد بررسی قرار می گیرد. بعد از این مراحل CPU اجرای برنامه کاربر را آغاز می کند و به وظایف ارتباطی و ساز و کارهای داخلی خود می پردازد. با توجه به نتایج برنامه اجرا شده، پردازنده برای به روزرسانی تمامی خروجی ها، داده ها را در ماژول خروجی می نویسد. انجام تمامی مراحل تا جایی ادامه پیدا می کند که PLC به حالت اجرایی و عملکردی خود دربیاید.

نگاهی به کاربرد plc

استفاده از سیستم PLC در صنایع مختلف هیچ محدودیتی ندارد و حضور آن را در بخش های متنوعی می توان دید. از جمله کاربردهای این سیستم پیشرفته در بخش نفت و گاز، نیروگاه های برق، صنعت فولاد، خودرو، صنایع شیمیایی، بخش انرژی و بهینه سازی، صنعت شیشه، کاغذ و تولید سیمان است. در ادامه توضیح مختصری در مورد این صنایع و کاربرد سیستم PLC آورده شده است.

صنعت شیشه

تولید شیشه از پیچیده ترین فرآیندهایی است که کمپانی های بزرگ به فکر اتوماسیون سازی تولید آن می باشند. استفاده از سیستم PLC در این صنعت بصورت گسترده دیده می شود؛ بخصوص در مراحل اولیه و حساس تعیین ترکیب مواد، که نسبت مواد تشکیل دهنده شیشه های مختلف با استفاده از این سیستم کنترل می گردد.

صنعت تولید کاغذ

در این صنعت، از سیستم PLC در کنترل دستگاه هایی استفاده می شود که محصولات کاغذی را با سرعت قابل توجهی تولید می کنند؛ برای نمونه در تولید صفحات کتاب و یا روزنامه، سیستم PLC این فرآیند را کنترل می کند.

صنعت تولید سیمان

همان طور که می دانید در تولید سیمان مقدار مواد ترکیبی دارای اثرگذاری بالایی است و کیفیت محصول نهایی را مشخص می کند. بنابراین داده هایی مانند سنجش کیفیت مواد و نسبت آنها از اهمیت و اولویت بالایی برخوردار می باشد. در صنعت تولید سیمان، وظیفه کنترل دقیق مقدار مواد تشکیل دهنده سیمان بر عهده سیستم پی ال سی است.

کاربرد plc در صنعت خودروسازی

صنعت خودرو سازی از دیگر بخش هایی است که از سیستم plc برای پیشبرد بسیاری از کارها استفاده می شود. از جمله موارد کاربردی قابل ذکر سوراخ کاری قطعات خودرو، اتصال قطعات و آزمودن آنها و همچنین در سیستم های رنگ پاش و پرس های خودکار می باشد.

صنایع پلاستیک سازی

در این صنعت در ماشین های ذوب و قالب گیری تزریقی، دمش هوا، سیستم های تولید و آنالیز لاستیک از سیستم plc استفاده می شود.

صنایع شیمیایی

در صنایع شیمیایی، سیستم plc در سیستم های مخلوط کننده، دستگاه های ترکیب مواد برای کنترل نسبت های مخلوطی مواد کاربرد دارد.

صنایع حمل و نقل

در ساختار جرثقیل ها و سیستم های نوار نقاله و تجهیزات حمل و نقل از سیستم plc استفاده می شود. در حالت کلی می توان گفت که وجود پی ال سی از ضروریات اصلی است که در صنایع حمل و نقل کاربرد دارد.

صنایع تبدیل انرژی

در ایستگاه های تقویت فشار گاز، ایستگاه های تولید نیرو، کنترل پمپ های آب، سیستم های تصفیه آب، سیستم های بازیافت بصورت گسترده ای می توان کاربرد plc را دید. لازم به ذکر است که این سیستم پیشرفته در چنین صنایعی باعث اتوماتیکی شدن کارها شده و پیشبرد آنها را بطور قابل توجهی سرعت می بخشد.

خدمات ساختمانی

خدمات ساختمانی از دیگر بخش هایی است که از این سیستم در تکنولوژی بالابری، کنترل هوا و تهویه مطبوع، سیستم های روشنایی خودکار و … استفاده شده است.

مزایای سیستم PLC در اتوماسیون صنعتی

• سرعت و دقت عمل بسیار بالا
• کنترل عالی فرآیندها
• توانایی در خواندن ورودی های دیجیتال، آنالوگ و فرکانس بالا
• قابلیت در انتقال فرمان به سیستم ها و قطعات مختلف
• قابلیت اتصال به شبکه
• ابعاد کوچک
• سرعت در پاسخگویی
• ایمنی و انعطاف پذیری بالا

ویژگی های اصلی سیستم PLC

انعطاف پذیری

تا قبل از اینکه سیستم های plc وارد عرصه صنعتی شوند، هر تجهیز تولیدی مجهز به کنترل الکتریکی مجزا به خود بود و در واقع هر دستگاهی کنترل کننده جداگانه و مخصوص به خود را داشت. امروزه با استفاده از سیستم plc به آسانی می توان عملکرد چندین دستگاه را کنترل کرد و نیازی به دیگر کنترل کننده ها نیست؛ دلیل این امر انعطاف پذیری بالایی است که سیستم plc دارد.

قابلیت اعمال تغییرات و تصحیح خطاها

اگر به تابلوهای سیم بندی قدیمی نگاهی بیندازید، می بینید که هر تغییر برنامه ای نیاز به انجام سیم بندی های مجدد دارد. اما سیستم plc بدین صورت نیست و هر تغییری که باید بر روی آن اعمال شود در کمتر از چند دقیقه انجام می گیرد و نیازی به دستکاری سیم پیچی و کارهایی از این قبیل نیست.

تعداد بالای کنتاکت های plc در سیستم های اتوماسیون

هر سیستم plc تعداد بسیار زیادی کنتاکت در قبال یک کویل دارد، که کاربرد بالایی در برنامه نویسی آن دارد. فرض کنید در یک تابلو سیستم بندی شده که یک رله وجود داشته و هر رله نیز چهار کنتاکت داشته باشد، در این شرایط اگر نیاز به کنتاکت جدید باشد، نصب آنها زمان بر خواهد بود. در سیستم plc نیازی به دستکاری و سیم پیچی نیست و تنها با تایپ سه کنتاکت جدید، plc بطور خودکار مجهز به سه کنتاکت جدید خواهد شد.

هزینه کمتر

استفاده از سیستم plc باعث شده تا بتوان با هزینه ای کم در فضایی کوچک توابع پیچیده ای را قرار داد.

نظارت عینی

از ویژگی های بسیار مهم قابل ذکر در مورد سیستم plc این است که تمامی عملیات آن را می توان مستقیما روی صفحه CRT مشاهده کرد. این امر باعث می شود تا بتوان درستی و یا نادرستی عملکرد یک مدار را هر لحظه رویت کرد. عیب یابی ها بدین صورت انجام می گیرد که مسیرهای منطقی زمانی که فعال می شوند، صفحه مانیتور روشن و این عمل باعث عیب یابی سریع می گردد.

سرعت عمل پی ال سی در سیستم های اتوماسیون

برای فعال شدن رله ها نیاز به زمان زیادی است، اما با استفاده از سیستم های PLC این زمان کاهش یافته است؛ سرعت عملیات منطقی PLC حدود چند میلی ثانیه است.

روش برنامه نویسی

برای برنامه نویسی یک سیستم PLC بصورت نردبانی از افراد متخصص و تکنسین استفاده می شود. یک برنامه نویس که بر روی سیستم های دیجیتال کار می کند، می تواند عمل برنامه نویسی بر روی PLC را انجام دهد.

قابل اطمینان بودن آن

قطعاتی که نیمه هادی هستند، نسبت به رله های مکانیکی از اطمینان بیشتری برخوردار می باشند. سیستم PLC نیز از اجزای نیمه هادی ساخته شده و این امر ضریب اطمینان آن را افزایش داده است.

سادگی در قرار گرفتن اجزای سیستم کنترل

یک سیستم PLC با تمام اجزایی که دارد، شمارنده ها، رله ها و اجزای دیگر، تحویل داده می شود. این در حالی است که یک تابلو کنترل رله ای ممکن است بیش از 20 رله و زمان سنج داشته باشد؛ اگر یکی از این رله ها در حین خرید فراموش شود به معنی توقف کامل سیستم خواهد بود.

امنیت بالا

PLC دارای امنیت بسیار بالایی بوده و دارای قفل سیستم می باشد و در صورتی که قفل آنها به درستی باز نشود، تغییر دادن برنامه های آن امکان پذیر نیست. اما در تجهیزاتی که دارای رله هستند این کار را بصورت غیر مستند می توان انجام داد.

اعمال تغییرات با برنامه نویسی مجدد

PLC به سهولت قابل برنامه ریزی است و با استفاده از آن می توان پردازش های پیچیده را انجام داد؛ برای مثال اگر بر روی خط مونتاژ، قطعه B وارد می شود، در حالی که هنوز قطعه A در حال مونتاژ است، به سرعت می توان در صدم ثانیه برنامه وارد شده به سیستم را تغییر داد.

اجرای آزمایشی

سیستم پی ال سی که برنامه ریزی شده است را می توان قبل از استفاده مورد آزمایش قرار داد. برنامه نوشته شده را خیلی راحت می توان تایپ، آزمایش و مشاهده کرد. سیستم های رله ای سنتی این امکان را ندارند و فقط می توان در محل کار آنها را آزمایش کرد که کار بسیار زمان بری است.

دستگاه های ساخت هیمورا که مجهز به سیستم plc هستند!

در بالا به بخشی از صنایعی که از سیستم PLC به عنوان سیستم کنترلی استفاده می کنند، اشاره و در مورد عملکردی که دارند توضیحاتی ارائه شد. بخش دیگری از تجهیزات صنعتی وجود دارند که از PLC در مدیریت و کنترل عملکرد برخی از دستگاه ها استفاده می کنند. گروه صنعتی هیمورا از طراحان و سازندگان این دستگاه بوده و ساخت این سیستم ها را مطابق با فناوری نوین انجام داده است. از جمله این تجهیزات می توان به دستگاه های بسته بندی و پرکن ها، پوست گیر کنجد، دستگاه های تولید چسب، تجهیزات تولید دستکش کیسه فریزی، دستگاه های تولید سفره های یکبار مصرف، کیسه زباله، کیسه فریزر، تجهیزات خشک کن میوه و همچنین پاستوریزاتورهای 3 سکشن و 4 سکشن اشاره کرد.

وجود سیستم PLC در این دستگاه ها باعث سرعت بخشیدن به روند کارها و اتوماتیکی شدن عمل بسته بندی و یا پرکردن مواد شده است. سیستم پی ال سی در این دستگاه ها باعث می شود بدون نیاز به نیروی انسانی و دخالت دست عملیات لازم انجام گیرد.

کلام آخر

سیستم PLC یک کامپیوتر دیجیتالی صنعتی است که برای کنترل فرآیندهای صنعتی از آن استفاده می شود. این سیستم پیشرفته باعث انجام خودکار کارها شده و قابل برنامه ریزی است. این سیستم انعطاف پذیری بالایی داشته و امکان تغییر در برنامه های آن وجود دارد. کاربرد پی ال سی را در صنایعی همچون صنعت شیشه سازی، کاغذ سازی، ساخت تجهیزات صنعتی و در خدمات ساختمانی و … می توان مشاهده کرد. استفاده از این سیستم در صنایع ذکر شده باعث پیشبرد هر چه بهتر کارها شده و نیاز به نیروی انسانی را به صورت قابل ملاحظه ای کاهش داده است.

مزیت های بی شماری که این سیستم پیشرفته دارد باعث استفاده از آن در سیستم های اتوماسیون صنعتی شده است. با بکارگیری سیستم پی ال سی مشکلی در عیب یابی تجهیزات صنعتی وجود ندارد و به سادگی می توان خطای بوجود آمده را بر روی سیستم مشاهده و اقدامات لازم را انجام داد. کاربرد plc در اتوماسیون صنعتی امکان توسعه سیستم ها را فراهم کرده است.