plc چیست و چگونه کار می کند؟ (قطعات تشکیل دهنده + مکانیزم عمل)
یک PLC چهار عملکرد عملیاتی اساسی را انجام می دهد. ابتدا، هر دستگاه ورودی متصل را برای وضعیت عملیاتی آن ها اسکن می کند. دوم، برنامه ای را اجرا می کند که تعیین می کند با داده های ورودی چه اتفاقی باید بیفتد. سوم، داده های خروجی اجرا شده را تولید می کند. چهارم، از یک عملکرد خانه داری عملیاتی برای انجام تشخیص های داخلی استفاده می کند.
پی ال سی ها (کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر) اصلی ترین عنصر در سیستم های اتوماتیک و صنایع نوین و پیشرفته امروزی به شمار می آیند و وظایف بسیار مهم و خطیری بر عهده دارند. این دستگاه های هوشمند با پردازش سیگنال های ورودی و تولید سیگنال های خروجی مورد نیاز، فرآیندهای صنعتی را با دقت و کیفیت بسیار بالایی کنترل و مدیریت می کنند. اما برای بهره برداری بهینه از قابلیت های ارائه شده توسط پی ال سی ها، درک جامع از نحوه عملکرد و ساختار داخلی و اجزای تشکیل دهنده آن ها ضروری است.
آموزش شغل های فنی و پردرآمد در دپارتمان برق آموزشگاه فن و کار
در این نوشته آموزشگاه فن و کار به بررسی دقیق و همه جانبه مکانیزم کارکرد و اجزای مختلف پی ال سی خواهیم پرداخت. از پردازنده مرکزی (CPU) گرفته تا ماژول های ورودی / خروجی متنوع و حافظه های گوناگون، هر یک از این اجزا؛ نقشی کلیدی در عملکرد پی ال سی ایفا می نمایند و ما به طور کامل آن ها را تشریح خواهیم کرد. با شناخت دقیق روش کار دستگاه و اجزای آن قادر خواهید بود تا برنامه های کنترلی پیشرفته ای را برای پی ال سی طراحی و پیاده سازی کرده و بدین ترتیب تبدیل به یک متخصص حرفه ای در حوزه اتوماسیون و برق صنعتی شوید.
دوره جامع آموزش plc آموزشگاه فن و کار شامل صفر تا صد پی ال سی های زیمنس، دلتا ، کینکو و فتک
PLC چیست و مکانیزم عملکرد آن چگونه است؟
پی ال سی، دستگاهی الکترونیکی و پیشرفته است که به صورت گسترده برای کنترل فرآیندهای صنعتی به کار می رود. این دستگاه با دریافت اطلاعات از سنسورها و سایر تجهیزات ورودی، تصمیم گیری های منطقی بر اساس برنامه ای که در آن ذخیره شده است، انجام داده و سپس دستورات لازم را به عملگرها و تجهیزات خروجی ارسال می کند. برای درک بهتر این موضوع، در بخش بعدی، به طور کامل در مورد ساز و کار و نحوه عملکرد این دستگاه توضیح داده ایم.
مراحل کار پی ال سی به صورت گام به گام
عملکرد یک کنترل کننده منطقی برنامه پذیر را به سادگی می توان به یک گفتگوی دائمی و همیشگی تشبیه کرد؛ بدین معنی که پی ال سی به طور مداوم با محیط اطراف خود ارتباطی موثر و استاندارد برقرار می کند. این ارتباط از طریق سیگنال هایی ایجاد می شود که از طریق سنسورها و دیگر دستگاه های اندازه گیری دریافت شده و سپس به عملگرها و تجهیزات ارسال می گردند. مراحل کار این وسیله را در ادامه به طور کامل و دقیق تشریح کرده ایم.
-
دریافت اطلاعات از محیط
پی ال سی اطلاعات بسیار متنوعی را از محیط اطراف خود جمع آوری می کند. این داده ها به طور معمول شامل وضعیت تجهیزات برقی سیستم، مقدار دما، فشار، سطح مایع و بسیاری پارامترهای دیگر می باشند که بررسی همه آن ها در مطلب پیش رو ممکن نیست. لازم به ذکر است؛ این داده ها از طریق ورودی های دیجیتال یا آنالوگ به پی ال سی وارد می شوند.
-
پردازش اطلاعات و تصمیم گیری
پس از دریافت اطلاعات، PLC این داده ها را پردازش می کند و داده های ورودی را با برنامه ای که قبلا در حافظه دستگاه ذخیره شده است؛ مقایسه می کند. منظور از برنامه پی ال سی، مجموعه ای از دستور العمل ها است که نحوه پاسخ دهی این کنترل کننده به شرایط مختلف را تعیین می نماید. بر اساس نتایج به دست آمده از مقایسه های انجام شده، پی ال سی تصمیم می گیرد که چه اقدامی باید انجام دهد.
-
ارسال دستورات به تجهیزات
بعد از تصمیم گیری، کنترل کننده منطقی برنامه پذیر، دستورات لازم را به تجهیزات تحت مدیریت خود ارسال می کند. برخی از پرکاربردترین این دستورات عبارت اند از: روشن یا خاموش کردن موتورها، باز یا بسته کردن شیرها، تنظیم سرعت نوار نقاله و بسیاری از عملیات های دیگر. گفتنی است، فرمان های مورد نظر پی ال سی از طریق خروجی های دیجیتال یا آنالوگ به تجهیزات ارسال می شوند.
-
نظارت و کنترل مستمر
پی ال سی موظف است به طور مداوم وضعیت سیستم را تحت نظر داشته باشد تا بتواند در صورت بروز هرگونه خطا یا انحراف از شرایط نرمال، اقدامات لازم را برای رفع مشکل یا اعلام هشدار انجام دهد. این قابلیت سودمند، به PLC اجازه می دهد تا به طور اتوماتیک سیستم را کنترل کرده و از بروز مشکلات جدی در روند کار آن جلوگیری نماید.
دسته بندی کلی اجزای PLC
حال که با نحوه عملکرد این دستگاه آشنا شدیم؛ بیایید با هم قطعات و اجزایی که با فعالیت منظم و هماهنگ خود؛ کارکرد صحیح و مطمئن این قطعه را تضمین می کنند؛ بهتر بشناسیم. در ابتدا باید بگوییم؛ قطعات موجود در این کنترل کننده های منطقی را می توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد که توضیح بیشتر درباره آن ها در جدول زیر آورده شده است.
دسته بندی کلی اجزای PLC
به طور کلی، قطعات موجود در این کنترل کننده های منطقی را می توان به دو دسته تقسیم کرد:
| دسته بندی قطعات پی ال سی | توضیحات بیشتر |
| قطعات سخت افزاری | این اجزا بخش فیزیکی PLC را تشکیل می دهند و شامل قطعاتی مانند پردازنده مرکزی، ماژول های ورودی/خروجی، حافظه، منبع تغذیه، ماژول های ارتباطی و … می شود. |
| اجزای نرم افزاری | این قطعات شامل برنامه های نرم افزاری هستند که برای کنترل و نظارت بر فرآیندهای صنعتی نوشته می شوند. این برنامه ها بر روی حافظه پی ال سی بارگذاری شده و توسط پردازنده مرکزی اجرا می گردند. |
در ادامه به طور دقیق تر هر کدام از این قطعات و اجزا را بررسی کرده و درباره چگونگی عملکرد آن ها (به تنهایی و در کنار دیگر اجزا) بحث می کنیم.
قطعات سخت افزاری پی ال سی
این اجزا نقش زیر ساخت فیزیکی پی ال سی را ایفا می کنند و امکان اجرای صحیح و ایمن برنامه های کنترلی را فراهم می آورند. برای مثال، CPU به عنوان مغز متفکر و تحلیل کننده داده، حافظه به جهت ذخیره اطلاعات، ماژول های I/O برای ارتباط با دنیای خارج به کار می روند و سایر اجزا غالبا به منظور تامین انرژی و ارتباطات مورد استفاده قرار می گیرند.
-
پردازنده مرکزی
اصلی ترین قطعه در پی ال سی بوده و وظیفه پردازش اطلاعات، اجرای برنامه های کنترلی و مدیریت کل سیستم را بر عهده دارد. این جزء حیاتی، سیگنال های ورودی را دریافت کرده، آن ها را تحلیل و پردازش نموده و بر اساس الگوریتم های برنامه ریزی شده، سیگنال های خروجی مناسب را تولید می کند. سرعت پردازش، ظرفیت حافظه و تعداد دستورات قابل اجرا از جمله مشخصه های کلیدی یک پردازنده مرکزی هستند.
-
حافظه
این قطعه در پی ال سی ها برای ذخیره سازی برنامه های کنترلی، داده های فرآیندی، پارامترهای سیستم و اطلاعات مربوط به پیکر بندی استفاده می شود. انواع مختلفی از حافظه در پی ال سی ها به کار می رود. حافظه ROM (Read-Only Memory) برای ذخیره کردن برنامه های ثابت و سیستم عامل استفاده می شود که با قطع برق پاک نمی شوند و از بین نمی روند. در مقابل، حافظه RAM (Random Access Memory) برای ذخیره داده های موقت و متغیرهایی که در حین اجرای برنامه مورد استفاده قرار می گیرند، به کار می رود.
-
ماژول های ورودی/خروجی (I/O)
این اجزا نقش حیاتی و اساسی در برقراری ارتباط بین پی ال سی و دنیای خارج بر عهده دارند. این ماژول ها، سیگنال های آنالوگ (مانند دما، فشار و…) یا سیگنال های دیجیتال (نظیر وضعیت کلیدها، سنسورها و…) را از دستگاه های خارجی دریافت کرده و به سیگنال های قابل فهم برای پردازنده مرکزی تبدیل می کنند. به علاوه؛ این قطعات، سیگنال های خروجی تولید شده توسط پردازنده مرکزی را به سیگنال های آنالوگ یا دیجیتال تبدیل نموده و به دستگاه های اجرایی مانند موتورها، شیرهای برقی و عملگرها ارسال می کنند.
-
منبع تغذیه
موظف است انرژی الکتریکی مورد نیاز برای کارکرد صحیح و بدون خطای تمام اجزای پی ال سی را تامین نماید. این منبع تغذیه باید ولتاژ و جریان پایدار و مناسبی را برای تک تک قطعات فراهم کند تا عملکرد صحیح در بلند مدت (و همچنین کارکرد درست در هر لحظه از فعالیت این سیستم) تضمین شود.
-
ماژول های ارتباطی
به پی ال سی امکان برقراری ارتباط با سایر دستگاه ها و شبکه های صنعتی را می دهند. این ماژول ها از پروتکل های ارتباطی مختلفی مانند Ethernet، Modbus و Profibus و … پشتیبانی می کنند و امکان تبادل داده با سایر تجهیزات صنعتی، رایانه ها و سیستم های کنترل مرکزی را فراهم می آورند.
بیشتر بخوانید : انواع شبکه های صنعتی در plc
-
محفظه یا شاسی
محفظه ای است که تمام اجزای پی ال سی را در خود جای داده و از آن ها محافظت می کند. شاسی از مواد مقاوم در برابر ضربه و عوامل محیطی (مانند حرارت، گرد و غبار، آلودگی و …) ساخته می شود و دارای اتصالات متعددی برای ورود و خروج کابل ها و سیم ها می باشد.
قطعات نرم افزاری پی ال سی
اجزای نرم افزاری به مهندسان اجازه می دهند تا منطق کنترل فرآیندها را تعریف نموده و به درستی پیاده سازی کنند تا این دستگاه بتواند به صورت اتوماتیک و خودکار به فعالیت خود ادامه دهد. به عبارت دقیق تر می توانیم بگوییم؛ سیستم عامل، زبان برنامه نویسی، محیط برنامه نویسی و ابزارهای عیب یابی و … همگی در کنار هم برای ایجاد و مدیریت برنامه های کنترلی به طور دقیق و موثر به کار گرفته می شوند.
-
سیستم عامل
هسته مرکزی نرم افزار پی ال سی است که وظیفه مدیریت منابع سیستم، اجرای برنامه ها، تعامل با سخت افزار و ایجاد یک محیط پایدار برای اجرای برنامه های کاربردی را بر عهده دارد. سیستم عامل، ارتباط بین سخت افزار و نرم افزار را برقرار نموده و اطمینان حاصل می کند که تمام اجزای سیستم به درستی با یکدیگر هماهنگ هستند.
-
زبان های برنامه نویسی
پل ارتباطی بین مهندسان و پی ال سی هستند. این زبان ها به مهندسان اجازه می دهند تا منطق کنترل فرآیندها را به صورت دقیق و قابل فهم برای پی ال سی بیان کنند. زبان های برنامه نویسی متداول در پی ال سی ها شامل زبان نردبانی (Ladder Logic)، زبان متن ساختار یافته (Structured Text) ، نمودار تابع بلوکی (Function Block Diagram) و نمودار توابع متوالی (Sequential Function Chart) هستند. هر یک از این زبان ها دارای ساختار و سینتکس خاص خود بوده و برای کاربردها و پروژه های مختلف مناسب هستند.
-
محیط برنامه نویسی
یک رابط کاربری گرافیکی (GUI) است که به مهندسان اجازه می دهد تا برنامه های کنترلی را به صورت بصری ایجاد، ویرایش و شبیه سازی کنند. این محیط ها معمولا شامل ابزارهایی برای ویرایش کد، عیب یابی، شبیه سازی و نظارت بر اجرای برنامه هستند. محیط های برنامه نویسی مدرن، امکانات پیشرفته ای مانند کتابخانه های توابع آماده، قابلیت های تشخیص خطا و ابزارهای تجسم داده ها را فراهم می کنند.
-
کتابخانه های توابع
مجموعه ای از توابع از پیش تعریف شده هستند که برای انجام عملیات های رایج در برنامه نویسی پی ال سی استفاده می شوند. این توابع، عملیات های پیچیده ای مانند محاسبات ریاضی، کنترل موتور، پردازش سیگنال ها و ارتباط با دستگاه های خارجی را ساده سازی می کنند. بکارگیری کتابخانه های توابع، باعث کاهش زمان توسعه و تولید برنامه و افزایش قابلیت اطمینان آن می شود.
-
ابزارهای عیب یابی و شبیه سازی
طیف گسترده ای از ابزارها و نرم افزارها را شامل می شوند و به مهندسان کمک می کنند تا عملکرد سیستم را بررسی نموده، خطاهای موجود را شناسایی و برنامه های کنترلی را به شیوه ای اصولی، بهینه سازی کنند.
در ادامه؛ به برخی از مهم ترین ابزارهای عیب یابی و شبیه سازی که برای پی ال سی ها به کار می روند؛ اشاره می کنیم:
| ابزارهای عیب یابی و شبیه سازی plc | توضیحات بیشتر + نمونه |
| نرم افزارهای برنامه نویسی جامع | برنامه هایی مثل RSLogix 5000، TIA Portal و Unity Pro علاوه بر برنامه نویسی، امکانات قدرتمندی برای عیب یابی و شبیه سازی را نیز ارائه می دهند. |
| برنامه های شبیه ساز تخصصی | نرم افزارهایی مانند PLCSim و … برای شبیه سازی آنلاین برنامه های نوشته شده در محیط های برنامه نویسی مربوطه استفاده می شوند. |
| نرم افزارهای آموزش محور | برنامه هایی نظیر PLC-Lab محیطی ساده و کاربر پسند برای آموزش و شبیه سازی پی ال سی فراهم می کنند. |
امکانات معمول و پر کاربرد موجود در این ابزارها عبارت اند از: مشاهده آنلاین متغیرها، تنظیم نقاط توقف، شبیه سازی ورودی ها و خروجی ها، نمایش نمودارهای مختلف از روند فعالیت دستگاه، تجزیه و تحلیل خطاهای موجود و دیگر امکانات پیشرفته و سودمند. انتخاب ابزار مناسب برای یافتن عیوب و شبیه سازی رفتار کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر به نوع پی ال سی، نرم افزار برنامه نویسی، مقیاس پروژه و پیچیدگی های طراحی شده برای سیستم بستگی دارد؛ از این رو نمی توان ابزار یا نرم افزار خاصی را برای همه صنایع و دستگاه های plc مناسب و کاربردی دانست.
آموزش کامل ابتدائی ترین مراحل برق صنعتی تا پروسه های اتوماسیون هوشمند برق صنعتی در دوره آموزش برق صنعتی آموزشگاه فن و کار
تفاوت میان قطعات پی ال سی در برندهای مختلف
تفاوت های محسوس و قابل توجهی بین قطعات پی ال سی تعبیه شده در دستگاه های تولید شده توسط برندهای مختلف (مانند زیمنس، اشنایدر، آلن بردلی، دلتا،، هیتاچی، میتسوبیشی الکتریک و دیگر برندها) وجود دارد. این تفاوت ها ناشی از عوامل متعددی از جمله معماری داخلی، زبان برنامه نویسی، قابلیت های ارتباطی و دیگر ویژگی های این دستگاه ها است که هر برند برای پاسخ گویی به نیازهای خاص بازار ارائه می دهد.
تفاوت در قطعات سخت افزاری
یکی از مهم ترین تفاوت های میان قطعات پی ال سی در برندهای مختلف، در طراحی سخت افزاری آن ها نهفته است. این تفاوت ها شامل نوع پردازنده، ظرفیت حافظه، تعداد ورودی و خروجی ها، نوع ارتباطات و ابعاد فیزیکی دستگاه می شود. برخی برندها بر روی طراحی ماژولار و انعطاف پذیر قطعات خود تاکید دارند، در حالی که بعضی دیگر به دنبال ارائه محصولات جمع و جور و با کاربری آسان هستند.
به علاوه، نوع و تعداد ماژول های توسعه پذیر نیز به عنوان یک عامل تمایز ساز مهم در بین این دستگاه ها در نظر گرفته می شود. برای مثال، پی ال سی های برند زیمنس با داشتن طیف گسترده ای از ماژول های تخصصی برای مصارف متنوع، از جمله کنترل حرکت، ایمنی و ارتباطات صنعتی و …، مورد استفاده قرار می گیرند. در مقابل، برندهایی مانند امرن و میتسوبیشی الکتریک بر ارائه راهکارهای جامع و یکپارچه برای اتوماسیون صنعتی تمرکز دارند.
بیشتر بخوانید : معرفی انواع برندهای پی ال سی
تفاوت در قطعات نرم افزاری
هر برند پی ال سی، از زبان های برنامه نویسی و محیط های توسعه خاص خود استفاده می کند. اگرچه استانداردهایی مانند IEC 61131-3 برای یکسان سازی زبان های برنامه نویسی پی ال سی تدوین شده است، اما تفاوت های جزئی در پیاده سازی این استانداردها توسط برندهای مختلف، منجر به تمایز در قابلیت ها و کارایی نرم افزارهای موجود در آن ها می شود. برای مثال، زبان برنامه نویسی Ladder Logic که به عنوان یک استاندارد صنعتی نیز شناخته می شود، در محیط های کدنویسی (توسعه) گوناگون با ویژگی ها و امکانات متفاوتی پیاده سازی شده است.
به شما پیشنهاد می کنیم برای تکمیل اطلاعات فنی و مهارت های عملی خود در عرصه کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر، در دوره های تخصصی پی ال سی آموزشگاه فن و کار شرکت کنید. در این کلاس ها، علاوه بر آشنایی عملی با چگونگی عملکرد و قطعات تشکیل دهنده پی ال سی، با تکنیک های مربوط به برنامه نویسی، عیب یابی و تعمیر این دستگاه ها و همچنین روش های پیاده سازی پروژه های اتوماسیون صنعتی به طور کامل آشنا خواهید شد.
برای کسب دانش و مهارت های تکمیلی در حوزه تجهیزات الکتریکی به کار رفته در صنایع مختلف، این امکان را دارید تا در دوره های دیگر این آموزشگاه مانند سیم پیچی موتور و تابلو برق صنعتی نیز شرکت کنید. با گذراندن این دوره ها، توانایی های خود را در حوزه اتوماسیون صنعتی به طور قابل توجهی افزایش داده و فرصت های شغلی بیشتری را برای خود فراهم خواهید کرد. هدف از برگزاری تمامی دوره های ذکر شده، تربیت نیروی متخصص و ماهری است که بتواند در صنایع گوناگون، از جمله صنعت نفت، گاز، پتروشیمی، خودروسازی، ساختمان و… به عنوان یک مهندس اتوماسیون صنعتی، فعالیت و درآمدزایی داشته باشد.
