Plc چیست و چه کاربردهایی در اتوماسیون صنعتی دارد؟

شاید به عنوان یک دانشجوی رشته‌ی برق یا حتی یک فرد عادی، کلمه‌ی plc را شنیده باشید اما ندانید دقیقا PLC چیست و چه کاربردهایی دارد. پی ال سی در واقع به معنی کنترلر منطقی قابل برنامه‌ریزی است که از آن برای کنترل تجهیزات در اتوماسیون صنعتی و فرآیندهای تولیدی استفاده می‌شود.

پی ال سی‌ها انواع مختلفی دارند که هر کدام از آن‌ها ویژگی‌ها و مزایای منحصربفرد خود را دارا هستند که آن‌ها را برای پروژه‌های خاصی، مناسب می‌کند.

در این مقاله قصد داریم تا شما را با پی ال سی آشنا کرده، عملکرد و نقش آن را در اتوماسیون صنعتی شرح داده و در نهایت شما را با اجزای آن آشنا کنیم. در ادامه با مجله لاجیک صنعت همراه باشید.

PLC چیست به زبان ساده؟

PLC یک کامپیوتر دیجیتال صنعتی است که برای کنترل فرآیندهای تولید، خطوط مونتاژ، دستگاه‌های رباتیک و سایر کاربردهای صنعتی طراحی شده است.

PLC ها دارای دستورالعمل‌های سفارشی برای انجام یک کار خاص هستند. آن‌ها برای فرآیندهای تکرار شونده مفید هستند به دلیل اینکه قطعات مکانیکی ندارند و می‌توانند اطلاعات را جمع آوری کنند.

PLCها در ابتدا برای جایگزین سیستم‌های رله الکترومکانیکی ساخته شدند. به جای سیم کشی مجدد یک بانک بزرگ از رله‌ها، دانلود سریع از رایانه یا دستگاه برنامه نویسی امکان تغییر منطق کنترل را در چند ثانیه فراهم می‌کند.

PLC مخفف چیست؟

PLCمخفف کلمه‌ی Programmble Logic Controller به معنای کنترلر منطقی برنامه پذیر است. هر کلمه‌ی جمله‌ی بالا معنی خاص خود را دارد که در ادامه به برسی آن‌ها می‌پردازیم.

1- کنترلر: از این کلمه متوجه این می‌شویم که با دستگاهی روبه رو هستیم که توانایی کنترل تمامی کارها را دارد، به خاطر همین توانایی کنترل بود که در دراز مدت PLC جایگزین رله تکنیک شد.

2- منطقی (کنترل کننده‌های منطقی قابل برنامه ریزی): منطق واقعی سیستم کنترلر در داخل PLC با استفاده از یک برنامه کامپیوتری ایجاد می‌شود. این برنامه تعیین میکند که کدام خروجی تحت چه شرایط ورودی، انرژی می‌گیرد. تا اینجا یک کنترلر منطقی داریم، نکته‌ی قابل توجه زمانی است که با معنی کلمه‌ی سوم آشنا می‌شویم.

3- برنامه پذیر: به طور کلی کنترلر PLC بر اساس ورودی‌های دریافتی و برنامه‌ی از پیش نوشته شده در آن، جهت فرمان به خروجی‌هایش استفاده می‌کند.

تاریخچه‌ی پی ال سی

تا اینجا متوجه شدیم که PLC چیست و کلمه‌ی PLC مخفف چیست، در ادامه با ما همراه باشید تا تاریخچه‌ی آن را برای شما توضیح دهیم

در اواخر دهه 1960 در صنعت خودروسازی ایالات متحده، PLC توسعه یافت. PLC برای جایگزینی سیستم‌های منطقی رله‌ای طراحی شد که عمدتاً از رله‌ها، تایمرهای بادامک، ترتیب‌دهنده‌های درام و کنترل‌کننده‌های حلقه بسته اختصاصی تشکیل شده بودند. اولین PLC ها به اندازه چمدان‌ها بودند و نیاز به برنامه‌های منطقی داشتند که قبل از بارگذاری روی دستگاه با یک صفحه کلید عددی 2 روی تخته پیش نویس کشیده می‌شدند. از آن زمان، PLC ها کوچک‌تر، سریع‌تر و قدرتمندتر شده‌اند تا بتوانند با تقاضاها و پیچیدگی‌های روزافزون تولید مدرن همگام شوند.

سیر تکاملی پی ال سی

اولین کامپیوتر به اسم آتاناسوف بری یا ABC در سال 1942 ساخته شد که از لوله‌های خلاء استفاده می‌کرد که فضای زیادی را اشغال می‌کرد. پس از گذشت پنج سال اولین ترانزیستورها در سال 1947 تولید شدند. پس از آن اولین تراشه یکپارچه در سال 1959 توسط رابرت نویس ساخته شد و در نهایت اولین PLC ساخته شد. دیک مورلی MODICON 084 را برای جنرال موتور(General Motor) در سال 1968 ایجاد کرد. MODICON مخفف Modular Digital Controller است.

دیگر پیشرفت‌هایی که ساخت PLCها را ممکن کرد و ارتباطات صنعتی و پردازش سیگنال پیشرفته را انجام داد، کنترل‌کننده‌های تحریک دیجیتال (DEC) و قابلیت تبدیل آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ در سطح تراشه است. مدولاسیون کد پالس (PCM) به سیگنال‌های آنالوگ اجازه می‌دهد تا به شکل باینری قرار گیرند.

پلتفرم Rockwell Allen-Bradley PLC نیز از یک ردپای بزرگتر به یک ردپای کوچکتر تبدیل شده است. این همزمان با پیشرفت مهندسی کامپیوتر و تغییرات در فناوری تراشه است.

تفاوت PLC و رایانه شخصی (PC)

تفاوت عمده بین PLC و PC در نحوه اجرای برنامه است. یک PLC معمولا از اجرای برنامه مبتنی بر اسکن پیروی می‌کند در حالی که برنامه‌های نرم افزار رایانه شخصی رویداد محور هستند.

در جدول زیر به 7 مورد از تفاوت‌های PLC و PC می‌پردازیم :

نقش پی ال سی در زمینه اتوماسیون صنعتی

کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (plc) که برای دهه‌ها در صنعت تولید برای کنترل ماشین‌آلات و ارائه داده‌ها در مورد عملیات استفاده می‌شوند، ستون فقرات صنعت هستند.

PLCها (کنترل کننده‌های منطقی قابل برنامه ریزی) کامپیوترهایی هستند که در اتوماسیون صنعتی استفاده می‌شوند. دستورالعمل‌های ارائه شده توسط برنامه نویسی PLC به مهندسان کمک می‌کند تا تجهیزات تولید خودکار را اجرا و راه اندازی کنند. از آنجایی که PLC ها قابل برنامه‌ریزی هستند، به جای محدود شدن به یک کار، می‌توانند برای کاربردهای متعدد مورد استفاده مجدد قرار گیرند.

مطلب مرتبط: اتوماسیون صنعتی چیست ؟

چرا پی ال سی ها جایگزین رله شدند؟

از نظر سخت افزاری، سیستم رله‌ای که قبلاً استفاده می‌شد، اکنون تقریباً در داخل PLC است. رله‌های تصمیم گیری با رله‌های مجازی و نمادهای منطقی جایگزین می‌شوند.

از لحاظ تاریخی، نمودارهای نردبانی سیم‌کشی سیستم‌های رله را تقلید می‌کردند، اما اگر منطق بولین را درک کنید، فرقی نمی‌کند که از نظر فیزیکی رله‌ها را سیم‌کشی کنید یا یک PLC را برنامه‌ریزی کنید، می‌توانید بفهمید که چه کاری باید انجام شود، تا خروجی‌ها روشن شوند و دستگاه حالت را تغییر دهد.

بیایید نگاه کنیم که چگونه یک نردبان با یک مدار رله سیمی ارتباط دارد.

انواع پی ال سی

تا اینجا بررسی کردیم که PLC چیست و متوجه نقش مهم آن در اتوماسیون صنعتی شده‌ایم. در ادامه با انواع PLC آشنا خواهیم شد.

به طور کلی 2 نوع PLC در اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد:

1- Compact PLC (فشرده)

Compact Type PLC همه‌ی قطعات در یک بسته ارائه می‌شود. این بدان معناست که PLC دارای منبع تغذیه داخلی، پردازنده (CPU) و تعداد محدودی ورودی و خروجی یکپارچه است.

Modular PLC (ماژولار)

ماژولار نوع PLC یک سیستم مبتنی بر رک با منبع تغذیه، پردازنده، ماژول‌های مختلف IO، واحدهای افزودنی است که بر روی یک یا چند رک نصب شده‌اند.

اجزای یک PLC چیست؟

PLC یک دستگاه الکترونیکی دیجیتالی است که دارای یک حافظه برنامه برای ذخیره دستورالعمل‌ها است. این دستورالعمل‌ها برای توابع خاصی هستند تا عملکردهای خاصی مانند منطق، توالی، حساب و غیره را انجام دهند. بنابراین اساسا یک PLC یک کامپیوتر صنعتی است که ورودی‌ها را نظارت می‌کند و بسته به وضعیت آن‌ها بر اساس برنامه یا منطق خود تصمیم می‌گیرد. خروجی آن را برای خودکارسازی ماشین یا فرآیند کنترل کنید.

قطعات PLC شامل منبع تغذیه، واحد پردازش مرکزی، حافظه، گذرگاه ایزوله، کارت شبکه، کارت‌های ورودی و خروجی و رابط‌های برنامه نویسی است.

که ما در ادامه به اجزای اصلی آن یعنی منبع تغذیه، واحد پردازش مرکزی (پردازنده) و ورودی/ خروجی میپردازیم.

1- منبع تغذیه

منبع تغذیه توانی که توسط واحد پردازش مرکزی (CPU)، حافظه و بقیه قطعات استفاده خواهد شد، را تبدیل می‌کند. ولتاژ 120VAC یا 24VDC را می‌پذیرد.

بسیاری از شرکت‌ها به دلیل ایمنی به سمت تامین برق 24 ولت PLC رفته‌اند. بنابراین، منبع تغذیه می‌تواند 220 VAC را به 24 ولت AC تبدیل شود.

2- واحد پردازش مرکزی (CPU)

قسمت CPU در واقع مغز یک PLC است. هر پی ال سی دارای یک واحد کنترلر میباشد که در واقع یک سی پی یو است. CPU قادر به گرفتن برنامه و تبدیل برنامه به زبان ماشین خواهد بود. همچنین یک کامپیوتر (PC) برای برنامه نویسی وجود خواهد داشت تا یک برنامه اجرایی در کنترلر بارگیری شود.

یک برنامه در CPU دانلود می‌شود و سیگنال‌های مبتنی بر تصمیم‌گیری‌ها به میدان ارسال می‌شوند. هدف این برنامه نظارت بر ورودی‌ها و تصمیم گیری بر اساس برنامه‌ای است که PLC برای آن استفاده می‌شود.

همچنین یک رابط مانند یک کامپیوتر خارجی برای برنامه نویسی وجود خواهد داشت تا یک برنامه اجرایی در کنترلر بارگیری شود.

زبان ماشین متشکل از دنباله‌های 1 و 0 یا کد باینری است که به رایانه می‌گوید چگونه ورودی‌ها را دستکاری کند و با خروجی‌ها چه کاری انجام دهد.

یک برنامه در CPU دانلود می‌شود و سیگنال‌های مبتنی بر تصمیم‌گیری‌ها به میدان ارسال می‌شوند. هدف این برنامه نظارت بر ورودی‌ها و تصمیم گیری بر اساس برنامه‌ای است که PLC برای آن استفاده می‌شود.

3- ورودی‌ها و خروجی‌ها

PLC ها دارای شکاف‌هایی روی بدنه‌ی خود هستند که از طریق آن کارت‌های ورودی و خروجی (IO) به آن متصل میشود. این کارت ها شامل کارت‌های آنالوگ و دیجیتال، کارت‌های دما، کارت لودسل و انواع مختلف کارت‌های ورودی و خروجی میشود.

قدرت، فضای روی قفسه و نیازهای برنامه تعیین می‌کند که چه نوع کارت‌هایی برای اجرای موفقیت‌آمیز PLC و برآورده کردن الزامات برنامه مورد نیاز است.

مزایای plc چیست؟

• عیب یابی و نگهداری آسان‌تر در مقایسه با سیستم‌های رله قدیمی.
• قابل اطمینان‌تر، مقرون به صرفه‌تر و همه‌کاره‌تر.
• اجازه می‌دهد تا عملکردهایی مانند کنترل PID، کنترل موتور و شبکه‌های پرسرعت را اضافه کنید.

نرم افزارهای برنامه نویسی پی ال سی

برای آن‌که بتوان پی ال سی‌ها را برنامه نویسی کرد، هر یک از شرکت‌های تولیدکننده پی ال سی، برنامه‌ی مخصوص به خود را ارائه کرده. برای مثال:

• شرکت دلتا از دو برنامه‌ی WPLSoft و ISPSoft استفاده می‌کند
• شرکت فتک از برنامه‌ی WinProladder استفاده می‌کند
• شرکت ال اس از برنامه‌ی GMWIN استفاده می‌کند
• و شرکت زیمنس از برنامه‌ی TIA Portal استفاده می‌کند

زبان‌های برنامه نویسی پی ال سی

بر اساس استاندارد IEC (کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی) در PLC تنها 5 زبان هست که به عنوان زبان‌های استاندارد مورد استفاده قرار میگیرد که در زیر هر 5 مورد را نام برده‌ایم:

• Ladder Logic (LD)
• Structured Tex (ST)
• Function Block Diagram (FBD)
• Sequential Function Chart (SFC)
• Instruction List (IL)

مطلب مرتبط: معرفی زبان برنامه نویسی PLC دلتا به زبان ساده

جمع‌بندی

در این مقاله به طور کلی متوجه شدیم PLC چیست و درباره‌ی تاریخچه و سیر تکاملی آن صحبت شد.

در ادامه بررسی کردیم که PLC چرا جایگزین رله تکنیک شده است و مزایای آن چیست. در نهایت نرم افزار‌های مربوط به هر شرکت و انواع زبان‌های برنامه نویسی را معرفی کردیم.