هر کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) باید ابزاری برای دریافت و تفسیر سیگنال‌های سنسورهای دنیای واقعی مانند سوئیچ‌ها و انکودرها داشته باشد و همچنین بتواند بر روی عناصر کنترل دنیای واقعی مانند شیر برقی، ولوها و موتورها کنترل داشته باشد.

این به طور کلی به عنوان قابلیت ورودی/خروجی یا I/O شناخته می شود. PLC های یکپارچه (ثابت) دارای مقدار ثابتی از قابلیت I/O هستند که در واحد تعبیه شده است، در حالی که PLC های ماژولار (رک) از کارت های برد مدار جداگانه برای ارائه قابلیت I/O سفارشی استفاده می کنند.

 

ویژگی های ماژول های خروجی ورودی PLC ماژولار

مزایای استفاده از کارت های I/O قابل تعویض به جای طراحی PLC ثابت بسیار زیاد است. اولین و واضح ترین این واقعیت است که کارت های ورودی/خروجی جداگانه می توانند به راحتی در صورت خرابی، بدون نیاز به تعویض کل PLC تعویض شوند.

کارت‌های ورودی/خروجی خاص ممکن است برای برنامه‌های سفارشی انتخاب شوند، به این صورت که تمایل به سمت کارت‌های دیجیتالی (گسسته) برای برنامه‌هایی که از ورودی‌ها و خروجی‌های on/off زیادی استفاده می‌کنند، یا تمایل به سمت کارت‌های آنالوگ برای برنامه‌هایی که از بسیاری از ورودی های ۴ تا ۲۰ میلی آمپر و سیگنال‌های مشابه استفاده می‌کنند، بیشتر است.

برخی از PLC ها حتی ویژگی کارت های قابل تعویض (hot-swappable) را ارائه می دهند، به این معنی که هر کارت ممکن است برداشته شود و کارت جدیدی بدون برق زدایی به پردازنده و رک PLC وارد شود.

لطفاً توجه داشته باشید که نباید تصور کرد که همه سیستم ها دارای کارت‌های قابل تعویض است، زیرا اگر بخواهید یک کارت را در حین کار دستگاه، در سیستمی بدون این ویژگی تغییر دهید، در معرض خطر آسیب رسیدن به خود کارت ورودی/خروجی و یا بقیه بخش های دستگاه که به آن وصل شده است، قرار خواهید گرفت.

برخی از PLC ها توانایی اتصال به رک های راه دور بدون پردازنده پر از کارت ها یا ماژول های ورودی/خروجی اضافی را دارند، بنابراین راهی برای افزایش تعداد کانال های ورودی/خروجی فراتر از ظرفیت واحد پایه فراهم می کنند.

اتصال از PLC میزبان به رک های ورودی/خروجی ریموت (راه دور) معمولاً به شکل یک شبکه دیجیتالی خاص است که ممکن است فاصله فیزیکی زیادی را در بر گیرد:

یک طرح جایگزین برای گسترش سیستم، شبکه کردن چندین PLC با هم است، که در آن هر PLC دارای رک و پردازنده اختصاصی خود است. از طریق استفاده از دستورالعمل‌های ارتباطی، یک PLC ممکن است برای خواندن داده‌ها از PLC دیگر و یا نوشتن داده‌ها در PLC دیگر برنامه‌ریزی شود و به طور موثر از PLC دیگر به عنوان توسعه ورودی/خروجی خود استفاده کند. اگرچه این روش گران‌تر از ورودی/خروجی ریموت است (جایی که رک‌های راه دور فاقد پردازنده‌های اختصاصی خود هستند)، در صورت قطع شدن اتصال شبکه بین پردازنده‌های PLC، قابلیت کنترل مستقل را فراهم می‌کند.

قابلیت ورودی/خروجی برای کنترلرهای منطقی قابل برنامه ریزی در دو نوع اصلی وجود دارد: گسسته و آنالوگ که هر نوع در ادامه مورد بحث قرار گرفته است.

 

طبقه بندی ماژول های ورودی و خروجی PLC

طبقه بندی ماژول های ورودی و خروجی I/O) PLC) بر اساس انواع سیگنال ها است. اساساً دو نوع سیگنال وجود دارد: سیگنال‌های گسسته و سیگنال‌های پیوسته. بر اساس سیگنال ها، ماژول های I/O به دو قسمت اصلی طبقه بندی می شوند.

  1. ماژول دیجیتال I/O

ماژول دیجیتال، ماژول گسسته (Discrete) نیز نامیده می شود. در این ماژول، سیگنال I/O روی سیستم باینری کار می کند، یعنی فقط مقدار ۰ یا ۱. برای ماژول ورودی دیجیتال، فقط سیگنال ۱ بیتی استفاده می شود ودر شرایط ON یا OFF مفید است. بر اساس ورودی و خروجی، ماژول دیجیتال دو نوع است.

  • ماژول ورودی دیجیتال
  • ماژول خروجی دیجیتال

سیگنال دیجیتال ورودی/خروجی وضعیت را به شکل های مختلف ارائه می دهد:

  • زیاد/کم، درست/نادرست و ۱/۰ برای وضعیت عمومی
  • روشن/خاموش برای وضعیت لود
  • فعال/غیرفعال برای مکانیسم سوئیچینگ
  • بسته /باز برای تغییر وضعیت اتصال

مثال‌های ورودی دیجیتال: سوئیچ فشاری، سوئیچ تعویض، سوئیچ راکر، سوئیچ انتخابگر، سوئیچ مجاورت، سوئیچ حد و غیره نمونه‌ای از سیگنال ورودی دیجیتال هستند.

مثال‌های خروجی دیجیتال: لامپ، کویل، زنگ، رله، موتور، فن، هیتر، محرک، شیر برقی و غیره نمونه‌ای از سیگنال خروجی دیجیتال هستند.

  1. ماژول I/O آنالوگ

ماژول آنالوگ، ماژول پیوسته (Continous) نامیده می شود. معمولاً ولتاژ یا جریان به صورت سیگنال آنالوگ به ماژول ورودی داده می شود. برای ماژول ورودی آنالوگ، سیگنال ۱۲ بیتی یا ۱۳ بیتی استفاده می شود.

به طور کلی، سیگنال های ورودی آنالوگ در محدوده ۴-۲۰ میلی آمپر، ۰-۲۰ میلی آمپر، ۱-۵ ولت و غیره کار می کنند. این سیگنال آنالوگ هر مقدار متناوب بین دو حد شدید (محدوده اولیه تا نهایی) را برای ماژول ورودی آنالوگ ارائه می دهد. همانند ماژول دیجیتال، ماژول های ورودی/خروجی آنالوگ نیز دو نوع هستند.

  • ماژول ورودی آنالوگ
  • ماژول خروجی آنالوگ

مثال های ورودی آنالوگ: کلید تشخیص دما، سوئیچ تشخیص فشار، کلید تشخیص جریان، سوئیچ تشخیص سطح، کلید تشخیص حد، سوئیچ تشخیص موقعیت، سوئیچ تشخیص سطح PH بهترین نمونه سیگنال ورودی آنالوگ هستند.

مثال های خروجی آنالوگ: فرستنده دما، ترموکوپل، فرستنده فشار، فرستنده جریان، ترانسمیتر سطح و غیره، نمونه سیگنال خروجی آنالوگ هستند.

در سیستم PLC، ما می توانیم از انواع ماژول های دیجیتال یا آنالوگ بر اساس نیاز پروژه استفاده کنیم. این ورودی ها و ماژول های خروجی متعدد را می توان با کمک پروتکل/پردازشگرهای ارتباطی (communication protocols) به سیستم دیگری مخابره کرد.

طبقه بندی ماژول های ورودی و خروجی PLCانواع کانال ماژول ورودی

تک سر در مقابل افتراقی (Single-Ended vs. Differential)

کانال های ورودی یک ماژول ممکن است تک سر (SE) یا دیفرانسیل (DI) باشند. این کلمات اختصاری گاهی در مشخصات محصول ارائه می شوند. به عنوان مثال، یک ماژول ۱۶SE/8DI دارای ۱۶ ورودی تک سر و ۸ ورودی دیفرانسیل است.

ماژول ورودی تک سر (Single-Ended)

ورودی های تک سر به سادگی از دو سیم استفاده می کنند که یکی دارای ولتاژ متغیر و دیگری به زمین متصل است. سیگنالینگ تک سر از سیم کشی کمتری نسبت به افتراقی استفاده می کند و بنابراین اجرای آن ارزان تر است. با این حال، به دلیل اختلاف ولتاژ زمین بین فرستنده و گیرنده همراه با القایی روی سیم سیگنال، ورودی‌های تک سر مستعد تداخل نویز هستند.

ماژول ورودی افتراقی (Differential)

ارتباط افتراقی از دو سیگنال مکمل ارسال شده روی دو سیم جفت استفاده می کند. تفاوت بین این دو سیگنال در مقدار سیگنال دهی معنی دار است. ورودی های دیفرانسیل به دلیل نسبت رد حالت معمول یا CMRR در برابر تداخل نویز مصون هستند. از آنجایی که ورودی های دیفرانسیل به اختلاف ولتاژ بین دو سیم واکنش نشان می دهند، برای استفاده از راه دور با دقت بالا، کاربردهای ولتاژ پایین (<1 ولت) و استفاده با وضوح بالا مناسب هستند.

 

انواع ماژول ورودی/خروجی PLC

هر ماژول ورودی/خروجی به گونه ای طراحی شده است که تعداد ثابتی ورودی و خروجی را در خود جای دهد. ماژول های خروجی ورودی با سیگنال مشخص، فقط از یک نوع سیگنال مانند ورودی های دیجیتال پشتیبانی می کنند. ماژول های خروجی ورودی انعطاف پذیر، از ترکیبی از انواع الکتریکی مانند ورودی های کلی مخلوط (آنالوگ و دیجیتال) با خروجی های دیجیتال پشتیبانی می کنند. تنوع ماژول های موجود، ترکیب مناسبی را برای پیشبرد سفارشی هر پروژه تضمین می کند. پس به طور کلی می توان ماژول های I/O را به دو نوع شرح داد:

  • ماژول های خروجی/ ورودی انعطاف پذیر (Flexible Input Output Modules)
  • ماژول های خروجی/ ورودی با سیگنال مشخص

 

جمع بندی

ماژول I/O بخشی از PLC است که مغز PLC یعنی CPU را به دنیای بیرون یعنی ماشین ها متصل می کند. در یک سیستم PLC معمولا ماژول های اختصاصی برای ورودی ها و ماژول های اختصاصی برای خروجی ها وجود دارد. یک ماژول ورودی وضعیت سیگنال های ورودی مانند دکمه های فشاری، سوئیچ ها، سنسورهای دما و غیره را تشخیص می دهد. یک ماژول خروجی دستگاه هایی مانند رله ها، استارت موتورها، چراغ ها و غیره را کنترل می کند.