انجمن علمی مکانیک دانشکده مهندسی سیرجان

كنترل كننده هاي منطقي برنامه پذير:

پيشرفت هاي چشمگير فن آوري نيمه هادي ها در زمينه ساخت ريز پردازنده حافظه هاي با حجم بالا ساخت كنترل كننده هاي منطقي الكترونيكي برنامه پذير را فرآهم آورد. در اين كنترل كننده ها بر خلاف كنترل كننده هاي مبني بر قسمت هاي الكترومكانيكي، براي براي تغيير منطق كنترل كافي است بدون تغييري در سيم كشي يا قطعات فقط برنامه كنترل را تغيير دهيم، در اين صورت مي توانيم از يك كنترل كننده منطقي برنامه پذير هر جا كه خواسته باشيم استٿاده نماييم..

PLC مخفف عبارت Programmable logic Controller به معناي كنترل كننده منطقي برنامه پذير است. PLC كنترل كننده اي نرم افزاري است كه در قسمت ورودي ، اطلاعاتي را به صورت باينري دريافت و آنها را طبق برنامه اي كه در حافظه اش ذخيره شده پردازش مي نمايد نتيجه عمليات را نيز از قسمت خروجي به صورت فرمانهايي به گيرنده ها و اجرا كننده هاي فرمان ارسال مي كند.

تاريخچه:

مبدا پيدايش اتوماسيون صنعتي با ماشين ها و فرآيندهاي كنترل آن به دهه 1920، با ظهور كنترل كننده هاي بادي اوليه بر مي گردد. به سبب تعداد كم قسمت هاي متحرك، قابليت اعتماد و هزينه كم نگهداري بديهي است. آنها هيچ خطر جرقه زني در فشارهاي زياد را ايجاد نمي كردند و مي توانستند در محيط هاي مرطوب بدون ايجاد شوك الكتريكي كار كنند.گرچه كنترل كننده هاي بادي مزاياي خاص خود را داشتند ، و هنوز هم دارند ، مخصوصا با ظهور كنترل كننده هاي بادي منطقي ديجيتالي به عنوان يك ابزار واقعي كنترل، جايگزيني آنها با كنترل كننده هاي نيمه هادي گسسته در دهه 60 شروع شد. اين كترل كننده هاي جديد كه در ابتدا از مدارات ترانزيستوري تشكييل شده بودند و بعد ها از مدارات مجتمع مجزا با مقياس پايين و متوسط ساخته شدند، كنترل كنند هايي با اعتماد بالا، كوچك و با توان مصرفي پايين هستند.

در اوايل دهه 1970 با ورود ريز پردازنده ها ، جهش بزرگي در زمينه اتوماسيون و كنترل صنعتي به وقوع پيوست. اكنون مدلسازي و شبيه سازي با برنامه نويسي يا نرم افزارهاي مخصوص انجام مي شوند ، در حالي كه قبلا اين كار توسط سيم كشي هاي پيچيده گيتهاي گسسته ، شمارنده ها ، تايمرها و زمانسج ها ، فليپ فلاپ ها و مدارات ديجيتال مشابه انجام مي گرفت.با وجود اينكه كنترل كننده هاي ريزپردازنده اي كه اغلب ميكرو كنترلر ناميده مي شوند، جاي خود را در ميان كنترل ماشين و فرآيند پيدا كرده است ،.اما با وجود PLC كه اتوماسيون صنعتي را در قبضه خود در آورده است ، ميكرو كنترلر ها در حد يك ابزار مناسب برای طراحی و كنترل دیجیتال باقي مانده اند .

وظيفه PLC قبلا برعهده مدارهاي فرمان رله اي بود كه استفاده از آنها در محيطهاي صنعتي جديد منسوخ گرديده است. اولين اشكالي كه در اين مدارها ظاهر مي شود آن است كه با افزايش تعداد رله ها حجم و وزن مدار فرمان ، بسيار بزرگ مي شود، همچنين باعث افزايش قيمت آن مي گردد. براي رفع اين اشكال، مدارهاي فرمان الكتريكي ساخته شدند ولي با وجود اين هنگامي كه تغييري در روند يا عملكرد ماشين صورت مي گيرد لازم است تغييرات بسياري در سخت افزار سيستم كنترل داده مي شود. به عبارت ديگر اتصالات و عناصر مدار فرمان بايد تغيير كند.

هر كس كه با مدارهاي فرمان الكتريكي رله اي كار كرده باشد به خوبي مي داند كه پس از طراحي يك تابلو فرمان، چنانچه نكته اي از قلم افتاده باشد، مشكلات مختلفي ظهور نموده ، هزينه و بخصوص زمان زيادي اتلاٿ مي گردد. به علاوه گاهي افزايش و كاهش چند قطعه در تابلوي فرمان به دلايل مختلٿ مانند محدوديت فضا، عملا غير ممكن و يا مستلزم انجام سيم كشي هاي مجدد و پرهزينه مي باشد.

اما با استٿاده از PLCتغيير در روند توليد يا عملكرد ماشين به آساني صورت مي پذيرد ، زيرا ديگر لازم نيست سيم كشي و سخت افزار سيستم كنترل تغيير كند و تنها كافي است چندين خط برنامه نوشت و به PLC ارسال كرد تا كنترل مورد نظر تحقق يابد. از طرف ديگر قدرت PLC در انجام محاسباتي ، منطقي، مقايسه اي و نگهداري اطلاعات به مراتب بيشتر از تابلوهاي فرمان معمولي است. ر PLC به طراحان سيستم هاي كنترل اين امكان را مي دهد كه انچه را در ذهن دارند در اسرع وقت بيازمايند و به ارتقاي محصول خود بينديشند، كاري كه در سيستم هاي قديمي مستلزم صرٿ هزينه و وقت زيادي بود

مزاياي استفاده از كنترل كننده هاي منطقي:

استفاده از PLC حجم تابلوهاي فرمان را كاهش مي دهد.

استفاده از PLC مخصوصا در فرآيندهاي پيچيده موجب صرفه جويي فراوان در هزينه مي گردد.

PLC استهلاك مكانيكي ندارد، بنابر اين علاوه بر طول عمر بيشتر نيازي به سرويس و تعميرات دوره اي ندارد.

مصرف انرژي PLC بسيار كمتر از مدارهاي رله اي است.

PLC نويزهاي صوتي و الكتريكي ايجاد نمي كند.

طراحي و اجراي مدارهاي كنترل منطقي با PLC اسان و سريع است.

ايجاد تغييرات و تنظيمات در PLC آسان و سريع است.

عيب يابي مدارات كنترل و فرمان با PLC سريع و آسان است و معمولاً PLC خود داراي عيب يابي مي باشد.

استفاده از يك PLC منحصر به فرآيند خاصي نيست و با تغيير برنامه مي توان به آساني از آن براي كنترل فرآيند هاي ديگر استفاده نمود.

ساختار مدولار دارند كه تعويض بخش هاي مختلٿ آن را ساده مي سازد

از اولين سال هاي تولد PLC تا كنون بيش از سه دهه مي گذرد. در اين مدت شاهد تغييرات بسيار در ساختار PLC بوده ايم . از جمله اين تغييرات مي توان به افزايش سرعت عملكرد، توانايي كار با سيگنال هاي آنالوگ و ديجيتال و همچنين برخوردار شدن از امكانات ارتباطي سريع و شبكه شدن و … اشاره نمود.

براي برنامه نويسي PLC هاي قديمي نياز به يك Programmer مخصوص بود كه اين امر قيمت تمام شده يك سيستم كنترل منطقي با PLC را افزايش مي داد. در حال حاضر امكان برنامه ريزي PLC ها با استفاده از كامپيوتر هاي شخصي فرآهم گرديده است و اين امر سهولت و صرفه جويي قابل ملاحظه اي را ايجاد نموده است.

نحوه كار PLC

در ابتداي راه اندازي، مانند هر سيستم مبتني بر پردازنده، در PLC نيز برنامه سيستمي اجرا مي گردد. پس از اجراي برنامه سيستمي و چك كردن سخت افزار، در صورتي كه شرايط لازم براي ورود به حالت اجرا(run) فراهم باشد، برنامه كاربر فرا خوانده مي شود. براي اجراي برنامه كاربر ابتدا تمام ورودي هاي PLC بطور يكجا فراخوانده مي شود و وضعيت آنها (صفر يا يك) در مكاني بنام تصوير ورودي (IIA*) نوشته مي شود. PLC در اولين Scan برنامه ،‌از داده هاي تصوير ورودي استفاده مي نمايد . توجه نماييد در صورتي كه در طول اولين scan ، تغييراتي در ورودي حاصل شود، اين تغييرات تا scan بعدي به ماكن تصوير ورودي منتقل نمي گردد. PLC ضمن اسكن برنامه كاربر نتايج حاصل را در مكاني به نام تصوير خروجي (OIA) مي نويسد و بعد از اجراي كامل برنامه و در پايان ، نتايج را بطور يكجا به خروجي ها ارسال مي دارد. خواندن يكجاي ورودي ها و ارسال يكجاي خروجي ها ،‌صرفه جويي قابل توجه اي در زمان به دنبال دارد. زيرا خواندن يا نوشتن با آدرس دهي يك به يك زمان زيادي را به خود اختصاص مي دهد. از جمله مزاياي دسترسي به مكان هاي تصوير خروجي يا ورودي آن است كه امكان SET يا RESET نمودن هر يك از بيت هاي ورودي يا خروجي را مستقل از وضعيت فيزيكي آنها فرآهم مي نمايد و اين كار مزيت بزرگي به هنگام عيب يابي يا آزمايش يك برنامه نوشته شده محسوب مي شود. روش فوق در عين مزاياي كه ذكر گرديد مسئله ديگري به نام زمان پاسخ دهي برنامه (Program Response Time) را بوجود مي آورد. زمان پاسخ دهي مدت زماني است كه طول مي كشد تا PLC تمام برنامه كاربر را scan نمايد و در اين مدت تغييرات بوجود آمده در ورودي ها وارد مكان تصوير ورودي نمي گردد و خروجي ها نيز به حالتي كه scan قبلي بوند باقي مي ماند اين امر در فرآيند هايي با سرعت تغييرات زياد مشكل ساز خواهد بود . براي حل اين مشكل در زبانهاي برنامه نويسي دستورات خاصي گنجانده شده است با توجه به سرعت بالاي PLC هاي امروزي و كندي فرآيند هايي كه توسط آن كنترل مي گردند زمان پاسخ دهي در شرايط عادي، معمولا مشكلي را ايجاد نمي كند.