کنترل کننده های منطقی PLC

مقدمه : با پیشرفت علوم ، تکنولولوژی و صنایع ، کم کم شرکت ها و عوامل صنعتی رو به تکنولوژی های به روز و جدید آوردند و با گذشت زمان نیروی کار تمام انسانی جای خود را به دستگاه های مکانیکی و سپس به دستگاهای الکتریکی داد.

امروزه بخش وسیعی از صنایع توسط انرژی ، علوم و تکنولوژی برق راه اندازی میشود. به طوری که در هیچ بخش صنعتی ای نمیتوان عدم وجود ادوات الکتریکی را دید. پس ضرورت وجود الکتریسیته و ادوات الکتریکی نظیر موتور های الکتریکی ، شیر های برقی و ... بر همگان روشن است.

اما کار با دستگاه های برقی نیاز به دانش بروز و تجربه ی کافی است. از زمان روی کار آمدن برق تکنولوژی های زیادی برای راه اندازی دستگاه های الکتریکی اختراع شده است که نظیر آن ها را میتوان تابلو های کنتاکتوری ، تابلو های کلیدی و ... نام برد .

هر کدام از این روش های راه اندازی مزیت ها و معایبی دارند که به طور خلاصه آنها را مرور میکنیم

راه اندازی کلیدی :

مزایا :

·        قطع و وصل ساده ی مدار و ماشین های الکتریکی

·        عدم نیاز به سیم کشی به نقشه کشی های دقیق

·        ارزان بودن

·        و....

معایب :

·        به دلیل مکانیکی بودن ، کلید ها زودتر از دیگر روش ها فرسوده شده و از کار میفتد

·        عدم توانایی کنترل چند نقطه ای

·        عدم قابلیت کنترل چندین دستگاه به صورت مستقل از یک نقطه

·        و...

راه اندازی کنتاکتوری :

مزایا :

·        مصرف کننده را میتوان از راه دور کنترل کرد

·        سرعت قطع و وصل زیاد

·        استهلاک کم

·        عمر موثر بالا

·        از نظر حفاظتی مطمئن و برخورداری از ایمنی بالا

·        و...

معایب :

·        در طراحی و اجرای مدار فرمان نیاز به مقدار زیادی سیم است

·        جاگیر و حجم بالایی را اشغال میکند

·        نقشه کشی نسبتا سنگین و سخت

·        و...

بعد از این روش ها ، روش راه اندازی با پی ال سی روی کار آمد. پی ال سی ها دستگاه های الکترونیکی ای هستند که قابلیت برنامه ریزی دارند. برروی پی ال سی ها از طریق خود دستگاه یا کامپیوتر ، میتوان برنامه ی مورد نظر را داده و دستگاه را آماده ی اجرا کرد . چند نوع از مزیت های پی ال سی ها در زیر آمده است:

·        کاهش حجم سیم کشی ها و اتصالات مدار

·        امکان برنامه نویسی دستی بدون نیاز به کامپیوتر

·        امکان طراحی ، چاپ و ذخیره سازی برنامه ی مورد نظر

·        امکان اجرای ازمایشی مدار توسط برنامه ی شبیه ساز

·        نیاز نداشتن به تیغه های کمکی و یا کنتاکتور های کمکی

·        وجود تایمر ها ، شمارنده ها و توابع خاص متنوع و بی شمار

·        امکان رمز گزاری بر روی مدار ذخیره شده برروی پی ال سی

·        انعطاف پذیری در مقابل تغییرات احتمالی مورد نیاز برنامه

·        آسان بودن اعمال تغییرات و اصلاح خطا ها

همانطور که میبینید پی ال سی ها مزایای زیادی دارند. یکی از نکات مثبت در مورد پی ال سی ها این است که بعد از طراحی مدار در نرم افزار ، میتوان نرم افزار را به صورت مجازی آزمایش کرد و متوجه درستی یا اشتباه بودن مدار شد ، در صورتی که در مدارات کنتاکتور این قابلیت وجود نداشته و نمیتوان قبل از اجرای سیم کشی و راه اندازی موتور ها و... مطمئن از صحیح بودن مدار فرمان بود. البته در ادامه به صورت کامل به توضیح این نکات خواهیم پرداخت.

ساختمان پی ال سی ها :

پی ال سی ها از اجزای زیر تشکیل میشوند:

الف) اجزای داخلی :

1-    پردازشگر : اجرای کارهای محاسباتی و مقایسه و نتیجه فعالیت های منطقی به عهده ی این بخش است . به عبارتی دیگر واحد پردازش ، ورودی را دریافت میکند ، سپس آنها را پردازش و به خروجی ارسال میکند

2-    حافظه : وظیفه این قسمت نگه داری و ذخیره ی اطلاعات است .

3-    منبع تغذیه: تامین ولتاژ مورد نیاز رله ها به عهده ی این قسمت است.

ب) اجزای ظاهری :

1-    ورودی ها : ورودی ها را معمولا با حرف I یا X و یک شماره در کنار آنها نشان میدهند مانند ( I1,I2,… ) تعداد ورودی رله ها معمولا از 4 ورودی شروع شده و بسته به نوع پی ال سی افزایش میابد. ورودی ها شامل کلید ها ، سوییچ ها ، سنسور ها و ... میباشد . به طور کلی هر چیزی که عامل شروع دستور است در ورودی بکار میرود.

2-    خروجی ها : خروجی ها را معمولا با حرف Q یا Y و شماره ای در کنار آنها نشان میدهند. خروجی ها شامل کنتاکتور ها ، لامپ ها ، زنگ های اخبار و... میباشند. البته باید توجه داشت که موتور ها ، دستگاه های الکترومکانیکی ، هیدرولیکی و... به دلیل اینکه جریان بالایی دریافت میکنند و اغلب سه فاز هستند ، نمیتوان مستقیم به پی ال سی وصل کرد و باید از رابطی مانند کنتاکتور یا رله بورد و از این قبیل چیزها استفاده کرد. در ادامه هم یاد آور میشویم که چون برنامه ریزی داخل پی ال سی انجام میشود ، برای قطع و وصل کردن کنتاکتور نیازی به هیچ گونه اجرای سیم کشی مدار فرمان نیست و فقط خروجی پی ال سی را به فاز و نول کنتاکتور میدهیم .

 3-    محل تغذیه : برای روشن کردن پی ال سی و تغذیه ی آن از این قسمت استفاده میکنیم. مقدار ولتاژ مورد نیاز پی ال سی ها ( 12V24V ) DC و     ( 220V ) AC است. محل ورودی با حرف های L و N و یا + - نشان داده میشوند. توجه داشته باشید که در پی ال سی های با محل تغذیه ی DC به هیچ وجه نباید برق AC داد حتی 24V AC . و همینطور نیز در پی ال سی های تغذیه AC. برای تکمیل توضیح باید گفت که پی ال سی های با محل تغذیه DC برای مدارات سنگین و ورودی های سنسور دار استفاده میشود.

4-    نمایشگر ( LCD ) : قسمتی که برای مشاهده ی برنامه ریزی یا نمایش عملکرد ها و پیام های داده شده بکار میرود.

5-    کلید های معمولی و جهت دار : از این کلید ها جهت برنامه ریزی دستی توسط نمایشگر LCD استفاده میشود.

6-    دریچه ی اتصال کابل رابط به رایانه : این قسمت جهت اتصال رایانه به رله و یا به عکس برای انتقال اطلاعات به کار میرود. برای انتقال اطلاعات از کابل RS232  و... استفاده میشود.

زبان های برنامه نویسی :

زبان های برنامه نویسی زیادی برای پی ال سی ها هست و هر شرکت زبان برنامه نویسی خاصی برای پی ال سی های خود انتخاب کرده . البته هر شرکت برای پی ال سی هایش حداقل دو زبان را در نظر گرفته.

معروف ترین و پرکاربردترین زبان های برنامه نویسی پی ال سی ها زبان های نردبانی و بلوکی است.

الف ) روش نردبانی : در این روش از یک سری تیغه های باز و بسته و بوبین ها ، که به صورت افقی رسم میشود ، برای نشان دادن مدار ها استفاده میشود.

ب ) روش بلوکی : در این روش از یک سری عملگر های منطقی ، که به صورت افقی رسم میشوند و یک ساختار بلوکی را میسازند ، استفاده میشود .

 نکته : البته زبان های مهمتر و پیشرفته تری نظیر STL نیز وجود دارد که توضیح آن در این مقاله نمیگنجد.

( در مقالات بعدی سایت میتوانید به طور اختصاصی با این زبان های برنامه نویسی آشنا شوید )

آشنایی با نحوه ی کلی کار پی ال سی ها:

برای توضیح راحت تر از یک مثال استفاده میکنیم. اگر پی ال سی را یک قفل در ، کلید های اهالی ساختمان را ورودی پی ال سی و خود در را خروجی در نظر بگیریم. زمانی که یکی از اهای ساختمان کلیدش را به قفل میزند ، قفل به عنوان پردازشگر کلید را شناخته و با چرخاندن کلید در را باز میکند. حالا برای توضیح پی ال سی این مسئله میتوان گفت وقتی کلید در قفل چرخیده میشود مانند این است که شستی استارت را فشرده باشیم ، فرمان استارت یا باز کردن در به قفل یا پی ال سی میرود ، قفل یا پی ال سی بعد از پردازش اقدام به باز کردن در یا فعال کردن خروجی میکند.

در مورد برنامه ریزی پی ال سی باید این نکته رو گویا باشیم که پی ال سی همانند کنتاکتور برنامه ریزی میشود . ورودی ها توسط مدار فرمان به خروجی میرسد و خروجی فعال یا غیر فعال میشود ولی طبق گفته های قبل تمامی این مدار فرمان در داخل برنامه انجام شده و دیگر نیازی به این نیست که پس از فرستادن برنامه به پی ال سی و دادن خروجی به تغذیه کنتاکتور ، همان مدار فرمانی که در برنامه طراحی و اجرا شده برروی تیغه های کنتاکتور هم انجام شود.

خروجی های پی ال سی ها اکثرا به دو صورت رله ای و ترانزیستوری میباشد:

 الف ) خروجی های رله ای : قابلیت تحمل جریان بیشتری را داشته و میتوان مستقیما خروجی را به کنتاکتور ها داد . ( توصیه میشود خروجی را مستقیما به مصرف کننده های قدرت بالا ندهید ). خروجی های رله ای در هر دو نوع تغذیه AC و DC کاربرد دارد.

ب ) خروجی ترانزیستوری : قابلیت تحمل جریان بالا را نداشته و نمیتوان به هیچ وجه مستقیم به مصرف کننده وصل کرد و حتما باید سرراهش واسطه ای قرار بگیره . معمولا از کارت رله ها به عنوان واسطه استفاده میشود . مدل ترانزیستوری فقط در تغذیه DC بوده و بزرگترین مزیتش نسبت به رله ای عملکرد سریعش است.

( در صورتی که قصد متصل کردن وسیله ای به صورت مستقیم به خروجی را دارید ، اول اینکه مقدار جریانی که آن وسیله میکشد را با جریان خروجی پی ال سی که در کاتالوگش ذکر شده تطابق دهید ، اگر جریان وسیله بیشتر بود به هیچ وجه به پی ال سی وصلش نکنید و اگر کمتر بود توصیه میکنیم در سرراه خروجی از فیوز استفاده کنید تا از هر گونه خطایی که ممکن است در صورت اضافه بار و... به وجود آید و به خروجی آسیب زند جلوگیری شود.)

سیم کشی پی ال سی :

در مورد اینکه به چه پی ال سی ای باید چه ولتاژی بدهیم ، بستگی به نوع و شرکت سازنده دارد که در کاتالوگش ولتاژ ورودی ذکر شده. ولی در کلیت طبق عکس زیر ورودی های پی ال سی سیم کشی میشود.

 خروجی نیز همانند شکل زیر انجام میشود . در سیم کشی رله ای باید به یکی از پیچ ها ولتاژ مورد نظر را داده و در پیچ بعدی خروجی را گرفت ، اینطوری بعد از بسته شدن تیغه ی رله ، ولتاژ از پیچ اول عبور کرده و به پیچ دوم ( خروجی ) میرود.

یکی از قابلیت پی ال سی ها این است که میتوان چندین پی ال سی را با هم وصل کرد . همانطور که گفتیم هر پی ال سی تعداد ورودی مخصوص خود را دارد که موقع خرید میتوان انتخاب کرد. در صورتی که در زمانی پی ال سی ای مثلا با 24 ورودی و 16 خروجی تهیه شد و مدتی بعد لازم بود که 8 ورودی و خروجی دیگر نیز داشته باشیم ، هیچ نیازی به تعویض پی ال سی نبوده و میتوان با با افزودن ماژول ها یا اکستنشن ها ورودی و خروجی های بیشتری به پی ال سی اضافه کرد.البته این افزایش ماژول ها کاربرد های دیگر نظیر افزودن ماژول آنالوگ به پی ال سی و... نیز میشود.

 منبع تغذیه:

پی ال سی های جریان DC برای روشن شدن نیاز به منبع تغذیه مستقل دارند. برای راه اندازی ابتدا فاز و نول را به پیچ های L و  N منبع تغذیه داده و ولتاژ خروجی را از پیچ های + و – دریافت و به پی ال سی وصل میکنیم.

معمولا اکثر شرکت ها منبع تغذیه را هم شکل با خود پی ال سی ها میسازند تا مشکل جایگیری یا اندازه در هنگام راه اندازی و نصب وجود نداشته باشد.در اکثر پی ال سی ها مانند پی ال سی های زیمنس ( Logo , S7 ) مولر ( Easy ) و... ، منبع تغذیه در قسمت چپ پی ال سی، و در قسمت راست آن ماژول های توسعه و افزایش قرار میگیرد.

معرفی چند پی ال سی از شرکت های معتبر :

زیمنس ( Siemens ) : یکی از بزرگترین و بهترین شرکت های تولید پ ال سی ها بوده و در کشور آلمان میباشد. پی ال سی های این شرکت :

·        Logo

·        S7 200

·        S7 300

·        S7 400

·        S7 1200

·        S7 1500

مولر ( Moeller ) : شرکت سازنده آلمانی

·        Easy 500 Device

·        Easy 700 Device

·        Easy 800 Device

امرن ( Omron ) : شرکت سازنده ژاپنی

·        Zen

اشنایدر / تله مکانیک ( Schnider / Telemacanique ) : شرکت سازنده فرانسوی

·        Zelio

اشنایدر / کروزت ( Schnider / Crouzet ) : شرکت سازنده فرانسور

·        Millenium II

·        Millenium III

میتسوبیشی ( Mitsubishi ) : شرکت سازنده ژاپنی

·        Alpha

تکو ( Teco ) : شرکت سازنده تایوانی

·        SG2

دلتا ( Delta ) : شرکت سازنده تایوانی

·        SS

·        SS2

·        SX

·        SX2

·        EH2

·        ES

·        ES2

·        EX

·        EX2

·        EC3

·        PM

·        MC

آلن برادلی ( Allen Bradlley ) : شرکت سازنده آمریکایی.

·        Micro Logixs 1000

·        Micro Logixs 1100

·        Micro Logixs 1200

·        Micro Logixs 1400

·        Micro Logixs 1500

فتک ( Fatek ): شرکت سازنده تایوانی.

·            

اسمارت ( Smart ) : شرکت سازنده ایرانی . نمونه از پی ال سی Logo زیمنس.

·        Smart Logo