PLC چیست؟ اجزای آن و نکات کاربردی که باید بدانید

در این مقاله به ارائه تعریف مختصری از PLC و معرفی اجزای اصلی آن می پردازیم.

کنترلر منطقی قابل برنامه ریزی یا PLC امروزه در هر نوع فرآیند و صنعت تولید وجود دارد. PLC ها در اصل برای جایگزینی سیستم های رله الکترومکانیکی طراحی شده اند تا راه حل ساده تری برای اصلاح عملکرد یک سیستم کنترل ارائه دهند. این دستگاه اجازه می دهد تا منطق کنترل را در چند ثانیه بدون نیاز به برگرداندن مجموعه بزرگی از رله ها و دانلود سریع از رایانه یا دستگاه برنامه نویسی تغییر دهید.

دانلود رایگان آموزش نرم افزار Altium Designer از صفر تا صد

PLC چیست؟

PLC یک کامپیوتر دیجیتال درجه صنعتی است که برای انجام عملکردهای کنترلی به طور خاص برای مصارف صنعتی طراحی شده است.

امروزه اکثر PLC ها ماژولار هستند و به کاربر اجازه می دهند تا عملکردهای مختلفی از جمله ورودی و خروجی های گسسته و آنالوگ، کنترل PID، کنترل موقعیت، کنترل موتور، ارتباط سریال و شبکه های پرسرعت را اضافه کند. PLC ها نسبت به فناوری های قدیمی تر مانند رله های دسته ای بسیار آسان تر، قابل اعتماد تر، مقرون به صرفه تر و انعطاف پذیرتر برای عیب یابی و نگهداری هستند.

Modicon که به معنی کنترلر دیجیتال مدولار است، نام اولین محصول PLC است که در سال 1968 اختراع شد و به یک برند تبدیل شد. البته در حال حاضر متعلق به اشنایدر الکتریک است.

در حالی که این دستگاه ممکن است شبیه یک کامپیوتر خانگی معمولی نباشد، اما در هسته آن همان فناوری وجود دارد که در رایانه ها و دستگاه های هوشمند دیده می شود که اکثر مردم در زندگی روزمره خود از آن استفاده می کنند.

حتما بخوانید: 10 نکته PCB برای مبتدیان

ویدئوی 90 ثانیه ای زیر را تماشا کنید:

اجزای اصلی

یک PLC از چندین بخش اصلی تشکیل شده است. این اجزا ممکن است از برندی به برند دیگر کمی متفاوت باشند، اما هدف هر کدام یکسان است. این قطعات شامل منبع تغذیه، واحد پردازش مرکزی (CPU)، کارت‌های ورودی یا خروجی و یک رک یا رک که کارت‌های ورودی/خروجی (I/O) قرار می‌گیرند، می‌شوند.

قفسه، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، اتصال الکتریکی را بین تمام اجزای جداگانه فراهم می کند و به PLC یک طراحی مدولار می دهد. این اتصال الکتریکی شامل سیگنال های الکتریکی و ارتباطی است. بسیاری از تولیدکنندگان PLC از پروتکل های ارتباطی اختصاصی در کابینت استفاده می کنند تا I/O بتواند به طور ایمن با CPU ارتباط برقرار کند.

1- منبع تغذیه

برق از 120 ولت یا 24 ولت DC بسته به کاربرد و کیفیت نصب تامین می شود. همانطور که در بالا ذکر شد، این ولتاژ به پایین کابینت منتقل می شود و ماژول های CPU و I/O را که به صورت «کارت» هستند، تغذیه می کند. این کارت ها را می توان به سرعت از اسلات های خود در حامل اضافه یا حذف کرد.

توجه به این نکته ضروری است که منبع تغذیه پردازنده تجهیزات میدانی مانند سنسورها و سیم پیچ ها را تغذیه نمی کند. اتصال برق به کارت ها باید جداگانه انجام شود.

2- واحد پردازش مرکزی (CPU)

CPU مغز واقعی PLC است و آن را به کامپیوتر تبدیل می کند. حتی PLC های کوچک و غیر ماژولار نیز دارای CPU هستند. سیگنال های ورودی از کارت های I/O می آیند و برنامه های منطقی بر اساس این سیگنال ها تصمیم می گیرند. CPU به خروجی ها دستور می دهد که با تغییر سیگنال ها و شرایط خاموش و روشن شوند.

برنامه ها می توانند شامل توابع پیشرفته ای مانند عملیات حسابی، زمان بندی، شمارش و به اشتراک گذاری اطلاعات از طریق پروتکل های شبکه پیشرفته باشند. بسیاری از این عملیات‌ها با سیستم‌های رله قدیمی‌تر، اگر نگوییم غیرممکن، بسیار دشوار بودند.

3-کارت های ورودی/خروجی

حسگرها، دکمه‌ها، سوئیچ‌ها، رله‌ها، سلونوئیدها و حتی دستگاه‌های شبکه اطلاعات را با سیگنال‌های ورودی/خروجی متصل به ترمینال‌های پیچی روی کارت‌های ورودی/خروجی به اشتراک می‌گذارند. این کارت ها را می توان بر اساس نیاز هر دستگاه و امکانات انتخاب کرد. در برخی از PLC های کوچک، پایانه های ورودی/خروجی کارت های ماژول نیستند و در عوض به سادگی در کنار PLC نصب می شوند.

با توجه به تنوع زیاد مدل های دستگاه ورودی/خروجی، طیف گسترده ای از ماژول های گسسته و آنالوگ وجود دارد.

دستگاه برنامه نویسی و رابط انسان و ماشین

خارج از بدنه PLC دو جزء بسیار مهم وجود دارد: دستگاه برنامه نویسی و رابط انسان و ماشین (HMI). این دستگاه برنامه نویسی می تواند یک کامپیوتر رومیزی، لپ تاپ یا دستگاه دستی از همان سازنده باشد. برخی از PLC های کوچک حتی دارای دکمه هایی در جلو هستند که اجازه می دهد بسیاری از عملیات های منطقی اولیه بدون نیاز به رایانه برنامه ریزی شوند.

در حالی که این دستگاه برنامه نویسی به کاربر اجازه می دهد تا کدهای در حال اجرا روی PLC را مشاهده و اصلاح کند، HMI راهی برای نمایش اطلاعات و دریافت ورودی و مدل سازی سیستم کنترل به عنوان یک واحد کامل فراهم می کند. HMI ها معمولاً هیچ راهی برای اصلاح یک برنامه منطقی ارائه نمی دهند.

حتما بخوانید: نکاتی برای مبتدیان طراحی و الکترونیک

شکل زیر یک صفحه نمایش لمسی HMI را نشان می دهد که می تواند در اتاق کنترل یا بیرون در “میدان” نزدیک فرآیند استفاده شود. این نوع نمایشگرهای تعاملی بسیار رایج هستند و اغلب به طور مستقیم روی محفظه PLC یا نزدیک آن برای استفاده اپراتور نصب می شوند.

قبل از HMI های مدرن، اپراتورهای کارخانه برای درک وضعیت فرآیندهای خود به دیوارهای گیج های آنالوگ و چراغ های نشانگر متکی بودند. باز کردن دریچه برای کاهش فشار یک لوله یا پایین آوردن یک حلقه کنترل دما توسط یک کامپیوتر در اتاق کنترل انجام نمی شد، بنابراین باید به یک اپراتور خارجی که به صورت دستی این کار را انجام می داد، برون سپاری می شد. این اتاق های کنترل قدیمی را با اتاق های کنترل مدرن مجهز به HMI و گرافیک پیشرفته مقایسه کنید.

دانلود را از دست ندهید: آموزش مهندسی الکترونیک از صفر تا صد با 25 درس

آخرین کلمه

مهندسین اتوماسیون و کنترل سیستم های کنترل، الگوریتم های کنترل و پیکربندی را درک می کنند. آنها فرآیند را مدل می کنند و اندازه و مقیاس مورد نیاز سیستم را تعیین می کنند. سپس PLC و تمام اجزای آن خریداری می شود. این می تواند یک کابینت با هشت کارت ورودی/خروجی یا بیست کابینت باشد که همگی از طریق یک شبکه صنعتی با هزاران نقطه ورودی/خروجی متصل هستند. در نهایت، تمام کنترل ها توسط یک پردازنده انجام می شود.