PLC ها سیستم های کنترل اصلی هستند که در کاربردهای مختلف صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. تقریباً در تمام فرآیندهای صنعتی می توانیم PLC ها را ببینیم. عملکرد اصلی PLC ها، سنجش سیگنال ها از دستگاه های میدانی، ارسال دستورات به دستگاه های میدانی بر اساس منطق کنترل، زمان بندی، شمارش، کنترل PID و غیره است. PLC از اجزای منطقی تشکیل شده است بنابراین با توجه به مقدار منطقی ورودی خروجی تولید می شود. و این وضعیت سیستم را تغییر می دهد.

یک PLC شامل یک کامپیوتر با چندین قطعه سخت افزاری اضافی است که بخشی از آن هستند یا می توانند در هر زمان به آن متصل شوند.

در این مقاله قصد داریم انواع ماژول های PLC را بررسی کنیم. سخت افزار PLC از ماژول های مختلفی تشکیل شده است مانند:

  • ماژول منبع تغذیه (PS)
  • CPU
  • ماژول رابط (IM)
  • ماژول های سیگنال (SM)
  • ماژول عملکرد (FM)
  • پردازشگر ارتباطی (CP)

اجزای اصلی سخت افزار PLC کدامند؟

تقسیم بندی PLC

به طور کلی دو نوع PLC وجود دارد که به طور کلی از نظر سخت افزاری می توانیم در صنعت پیدا کنیم:

  1. PLC ثابت یا PLC فشرده

معمولا PLC های کوچکی است که در یک بسته بدون واحد جداگانه و غیرقابل تعویض عرضه می شوند. پردازنده و ماژول های  ورودی/خروجی (I/O) با هم بسته بندی شده اند و پایانه های ورودی/خروجی دارای تعداد ثابتی از اتصالات داخلی برای ورودی و خروجی خواهند بود. مزیت اصلی این نوع بسته بندی هزینه کمتر است. تعداد نقاط ورودی/خروجی موجود در مدل های مختلف PLC فشرده متفاوت است. یکی از معایب I/O ثابت، عدم انعطاف پذیری آن است. شما در مقادیر و انواع دیکته شده توسط بسته بندی محدودیت دارید. همچنین برای برخی از مدل ها، در صورت خرابی هر یک از قطعات دستگاه، کل دستگاه باید تعویض شود.

  1. PLC ماژولار

PLC ماژولار توسط محفظه هایی تقسیم می شود که می توان ماژول های جداگانه را به آن وصل کرد. این ویژگی گزینه های شما و انعطاف پذیری دستگاه را بسیار افزایش می دهد. شما می توانید از ماژول های موجود از سازنده انتخاب کنید و آنها را به هر شکلی که می خواهید ترکیب و نصب کنید. کنترلر ماژولار اصلی شامل یک رک، منبع تغذیه، ماژول پردازنده (CPU)، ورودی/خروجی (ماژول های I/O) و یک رابط اپراتور برای برنامه نویسی و نظارت است. ماژول ها به یک قفسه متصل می شوند. هنگامی که یک ماژول به داخل قفسه وارد می شود، با یک سری از اتصالات به نام backplane که در پشت قفسه قرار دارد، اتصال الکتریکی برقرار می‌کند. پردازنده PLC نیز به backplane متصل است و می تواند با تمام ماژول های موجود در رک ارتباط برقرار کند.

PLC ماژولار

بلوک دیاگرام ماژول های PLC ماژولار

PLC های ماژولار متداول ترین PLC های مورد استفاده در صنعت هستند، زیرا قابلیت اطمینان را برای گسترش I/O ها دارند. یک قفسه یا شاسی وجود دارد که تمام ماژول ها در آن نصب شده اند و به صورت داخلی با یکدیگر ارتباط دارند به همین دلیل به آن Rack Mounted PLC نیز می گویند.

بلوک دیاگرام ماژول های PLC انواع ماژول PLC ماژولار

۷ نوع ماژول PLC که بیشتر در PLCهای ماژولار یا رک استفاده می شوند، در زیر شرح داده شده اند. این ماژول ها برای برقراری ارتباط و تبادل داده از طریق سیگنال ورودی یا خروجی مورد نیاز هستند.

 

  1. قفسه یا شاسی (Rack)

قفسه یا شاسی بخش سخت افزاری PLC مدولار یا رک است. قفسه یا شاسی PLC یک مجموعه سخت افزاری است که همه ماژول های ارتباطی (مانند ورودی، خروجی، CPU، منبع تغذیه، ارتباطات و ماژول های عملکرد اضافی) را در یک فریم به هم متصل می کند. به طور کلی، قفسه یا شاسی به عنوان اسکلت سیستم PLC عمل می کند.

وظایف اصلی قفسه یا شاسی عبارتند از:

  • قدرت را به طور مساوی توزیع می کند
  • ماژول های ورودی-خروجی مختلفی را در خود جای داده است
  • به عنوان رابط بین CPU و ماژول های مختلف عمل می کندرک plc
  1. ماژول منبع تغذیه (PS)

ماژول های منبع تغذیه سطح مورد نیاز از منبع تغذیه تنظیم کننده را برای ماژول های متصل در رک فراهم می کنند. این ماژول وظیفه تامین منابع برق AC یا DC برای راه اندازی PLC از طریق گذرگاه backplane را بر عهده دارد.

ماژول منبع تغذیه برای دادن ولتاژ مناسب به یک ماژول مختلف و همچنین CPU سیستم PLC استفاده می شود. سیستم PLC بیشتر با ولتاژ ۲۴ ولت DC کار می کند، منبع تغذیه PLC ولتاژ ۱۰۰-۲۴۰ VAC را به ولتاژ پایین تر DC و به طور کلی ۲۴ VDC تبدیل می کند. منابع تغذیه PLC می توانند در اندازه ها و درجه بندی های مختلف بر اساس plc و برنامه های مختلف ارائه شوند.

رایج ترین درجه جریان ماژول منبع تغذیه برای سیستم های plc کوچکتر ۵-۲۰ آمپر است و برای سیستم های پیچیده تر plc می تواند تا ۵۰ آمپر افزایش یابد.

  1. ماژول منبع تغذیه (PS)واحد پردازش مرکزی (CPU)

واحد پردازش مرکزی، می توان گفت که مغز این سیستم است و این بخش برای انجام کنترل فرآیند صنعتی بسیار مهم است. CPU توابع مختلف منطقی و پردازش داده ها را انجام می دهد و این کار با بخش های ورودی/خروجی انجام می شود. این دستگاه به PLC کمک می کند تا با کامپیوتر، دستگاه های میدانی ارتباط برقرار کند و همچنین می تواند با PLC های دیگر نیز ارتباط برقرار کند.

در PLC ثابت، CPU داخلی خواهد بود، در حالی که در نوع ماژولار یک ماژول پلاگین استفاده می شود. ماژول پردازش دارای دو بخش است، یکی بخش CPU و دیگری بخش حافظه. اجرای برنامه توسط CPU انجام می شود در حالی که بخش حافظه برنامه را ذخیره می کند. توان مورد نیاز برای پردازنده توسط منبع تغذیه PLC تامین می شود. درCPU  یک PLC، ما می توانیم یک ریزپردازنده (microprocessor) پیدا کنیم و این ریزپردازنده برای کاربردهای کنترل صنعتی طراحی شده است. برخی از PLC ها شامل دو پردازنده مانند PLC مقاوم در برابر خطا هستند.

وظایف اصلی CPU یک PLC

  • اطلاعات وضعیت را از دستگاه های ورودی مختلف می پذیرد
  • اجرای برنامه
  • گام های مناسب برای عملیات یا فرآیند دستگاه برداشته خواهد شد
  • بسیاری از توابع منطقی را انجام می دهد
  • سیگنال خروجی مورد نیاز را برای کنترل دستگاه های میدان خروجی مانند شیرهای کنترل، سیم پیچ های رله و غیره فراهم می کند.

حالت های مختلف عملکرد CPU  کنترلر PLC چیست؟

  • حالت اجرا (Run mode)

در این حالت برنامه اجرا می شود و به دستگاه های خروجی نیز انرژی می دهد. در این حالت، هیچ گونه ویرایش آنلاین برنامه ای وجود نخواهد داشت. ما نمی‌توانیم حالت پردازنده را با استفاده از رابط برنامه‌نویس/اپراتور در این مدل تغییر دهیم.

  • حالت برنامه (Program mode)

در این حالت، پردازنده از اسکن یا اجرای برنامه جلوگیری می کند و خروجی کنترلر روشن نمی شود. ویرایش و ورود برنامه در این حالت امکان پذیر است. در این حالت، نمی‌توانیم حالت پردازنده را با استفاده از رابط برنامه‌نویس/اپراتور تغییر دهیم.

  • حالت از راه دور (Remote mode)

ما می‌توانیم با استفاده از آن با کمک رابط برنامه‌نویس/اپراتور، حالت پردازنده را تغییر دهیم. ما می توانیم حالت از راه دور مانند اجرای از راه دور، برنامه از راه دور، یا حالت تست از راه دور را انتخاب کنیم.

  1. واحد پردازش مرکزی (CPU)ماژول رابط (IM)

ماژول رابط زمانی استفاده می شود که می خواهید ماژول های ورودی-خروجی را گسترش دهید و فضایی برای ماژول های اضافی در رک اصلی ندارید. باید رک دیگر را به رک اصلی متصل کنید تا با CPU ارتباط برقرار کند. ماژول رابط برای اتصال سایر رک ها به رک اصلی استفاده می شود.

ماژول رابط اختیاری یا یک ماژول اضافی است و برای ارتباط قفسه به قفسه در پیکربندی چند لایه در سیستم PLC مدولار استفاده می گردد.

  1. ماژول سیگنال (SM)

ماژول سیگنال اطلاعات داده را از طریق ماژول های ورودی و خروجی مبادله می کند. به طور عمده چهار نوع ماژول موجود است:

  1. ماژول های سیگنال ورودی برای اتصال ورودی های میدان دیجیتال یا آنالوگ به PLC استفاده می شوند.
  • ماژول ورودی دیجیتال
  • ماژول ورودی آنالوگ
  1. ماژول های سیگنال خروجی برای اتصال خروجی های میدان دیجیتال یا آنالوگ از PLC استفاده می شوند.
  • ماژول خروجی دیجیتال
  • ماژول خروجی آنالوگ

این سیگنال های دیجیتال یا آنالوگ ورودی/خروجی را می توان از طریق ماژول سیگنال به بخش کنترلگر متصل کرد. گاهی اوقات بر اساس نیاز کاربر، ترکیبی از ورودی/خروجی دیجیتال و ورودی/خروجی آنالوگ نیز استفاده می شود.

 

  1. ماژول عملکردی (FM)

این یک ماژول اختیاری است و با انواع ماژولار PLC استفاده می شود. این نوع ماژول معمولاً با نوع خاصی از کنترل مانند:

  • ماژول شمارنده سرعت بالا
  • ماژول PID
  • ماژول توزین

ماژول تابع فقط در PLC ماژولار یا PLC رک نصب و استفاده می شود و نه در PLC فشرده.

 

  1. پردازشگر ارتباطی (CP)

ماژول پردازشگر ارتباطی عمدتاً برای ارتباط با کنترلرها یا دستگاه های مختلف مانند سایر PLC ها، SCADA، HMI و سایر کنترلرها استفاده می شود. پردازنده ارتباطی یک ماژول اختیاری است. می توان از آن برای ارائه یک پورت ارتباطی اضافی برای پروتکل های ارتباطی استفاده کرد. برای ارتباط شبکه ای بین چندین پردازنده یا PLC استفاده می شود. همچنین CP داده ها را بین PLC، SCADA، HMI و سایر سیستم ها مبادله می کند.

 

ویژگی های سیستم کنترل PLC

+ افزایش قابلیت اطمینان

+ انعطاف پذیری بیشتر

+ هزینه کمتر

+ زمان پاسخگویی سریعتر

+ قابلیت ارتباطات

+ عیب یابی آسان تر

+ کاهش ۸۰٪ تعداد سیم کشی.

+ مصرف برق PLC بسیار کم است.

+ یادگیری آسان زبان های برنامه نویسی- برنامه نویسی آسان و تغییر برنامه ها.

+ سازگاری در محیط های سخت: دما، مرطوب، نوسانات ولتاژ…

ویژگی های سیستم کنترل PLC

مزایای کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC)

PLC یا کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی مزایای زیادی دارد به همین دلیل است که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. مزایای اصلی PLC عبارتند از:

  1. ۱. اتوماسیون صنعتی با استفاده از PLC بسیار کارآمد پیش می رود.
  2. ۲. در عمل بسیار سریع هستند.
  3. ۳. کارهای پیشرفته اضافی را می توان با استفاده از PLC انجام داد.
  4. ۴. استفاده آسان و تجربه بسیار خوب.
  5. ۵. کنترل خودکار نیز مزیت بزرگ PLC است.

چگونه یک PLC را برای کاربردهای صنعتی خود انتخاب کنیم؟

در زیر به مهمترین عواملی که در انتخاب PLC باید در نظر گرفته شوند، اشاره شده است:

  • نوع CPU
  • نوع هدف صنعتی
  • منبع تغذیه ورودی
  • ولتاژ DC مورد استفاده
  • حالت های عملیات
  • شاخص های وضعیت
  • تعداد ورودی و خروجی دیجیتال
  • تعداد ورودی و خروجی آنالوگ
  • ولتاژ ورودی/خروجی