معرفی و کاربرد نرم افزار های PLC

کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) برای نظارت و تنظیم ماشین آلات و فرآیندهای تولید در محیط های صنعتی با فناوری اتوماسیون طراحی شده اند. آنها می توانند به عنوان سیستم های مستقل عمل کنند و فرآیندها را به صورت هوشمند و مستقل بهینه کنند.

اما PLC چیست؟ در اصل، PLC (Programmable Logic Controllers) یک سیستم الکترونیکی دیجیتالی است که به حافظه قابل برنامه ریزی مجهز است. این حافظه ثابت، برای ذخیره دستورالعمل های کنترلی استفاده می شود که دستگاه را قادر می سازد تا عملکردها و تمرینات خاصی را انجام دهد. سپس انواع مختلف ماشین‌ها و فرآیندها از طریق ورودی‌ها و ماژول‌های خروجی دیجیتال و آنالوگ کنترل می‌شوند.

 

زبان های برنامه نویسی PLC

زبان های برنامه نویسی مختلفی برای PLCها وجود دارد. گزینه های رایج عبارتند از:

• ST: Structured Text (مبتنی بر متن)
• FBD: Function Block Diagram (مبتنی بر گرافیک)
• LAD: Ladder logic (مبتنی بر گرافیک)
• STL: Statement List (مبتنی بر متن)
• SCL: Structured Control Language (مبتنی بر گرافیک)

اگر تازه وارد دنیای منطق و زبان های برنامه نویسی شده اید، دوره ها و آموزش های برنامه نویسی PLC به طور گسترده در دسترس هستند. FBD یک انتخاب محبوب برای مبتدیان است زیرا از قابلیت drag-and-drop استفاده می کند. علاوه بر این، به درک آسان رفتار I/O کمک می کند. زبان‌های بصری و مبتنی بر تصویر مانند منطق نردبانی (Ladder logic) نیز می‌توانند در درک و بهبود فرآیندها کمک کنند. به عنوان مثال، یک نمودار ساده و کاربرپسند نردبان می تواند کمک بزرگی باشد. از طرف دیگر، SCL در درجه اول برای نیازهای برنامه نویسی پیچیده تر و سخت تر استفاده می شود.

همچنین توجه به این نکته مهم است که اگرچه معمولاً از لپ‌تاپ و نرم‌افزار استفاده می‌کنید، برخی از مدل‌های قدیمی‌تر را می‌توان با برنامه‌نویس‌های دستی استفاده کرد.

 

 LAD – Ladder logic  

زبان برنامه نویسی Ladder Logic سنتی یک زبان برنامه نویسی گرافیکی می‌باشد. در ابتدا با چندین تیغه ساده برنامه نویسی میشد که میتوانست باز و بسته شدن رله‌ها را شبیه سازی کند. برنامه نویسی Ladder Logic بسیار گسترده تر شده و اکنون شامل عملکردهایی از قبیل شمارنده، تایمر، شیفت ریجستر و عملیات ریاضیاتی است.

 

FBD – Function Block Diagram

یک زبان برنامه نویسی گرافیکی برای نمایش جریان سیگنال و داده درون بلوک‌های تابعی (Function Block) است. این بلوک‌ها قابل استفاده مجدد هستند. زبان برنامه نویسی FBD برای بیان کردن اتصالات داخلی الگوریتم‌ها و منطق سیستم کنترل زبان بسیار خوبی است.

 

ST – Structured Text

یک زبان برنامه نویسی مبتنی بر متن سطح بالا که از برنامه نویسی ساخت‌یافته پشتیبانی می‌کند. ST دارای ساختار زبانی (Syntax) بسیار مشابهی به زبان برنامه نویسی PASCAL است و دایره گسترده‌ای از عملکردهای استاندارد و عملیات‌ها را پوشش می‌دهد. برای مثال:

 

IL – Instruction List

یک زبان برنامه نویسی سطح پایین که شبیه زبان اسمبلر است که بر پایه زبان‌های لیست دستورالعمل‌های مشابه است که بر بسیار از PLC های امروزی وجود دارد.

 

SFC – Sequential Function Chart

یک متد برای برنامه نویسی سیستم‌های کنترل پیچیده در سطح بسیار ساخت‌یافته تری است. یک برنامه SFC درواقع یک شمایل کلی از سیستم کنترل است، که بلوک‌های ساختاری اصلی در فایل‌های برنامه قرار دارند. هر فایل برنامه توسط یکی دیگر از زبان‌های برنامه نویسی ساخته شده اند. نحوه کارکرد SFC به این صورت است که وظایف بزرگ و پیچیده برنامه نویسی را به وظایف کوچکتر و قابل کنترل تبدیل می‌کند.

 

نرم افزار های PLC

کنترل از طریق برنامه کاربردی یا روی رایانه یا از طریق یک کنترل پنل متصل برنامه ریزی می شود. از طریق رابط بر روی کنترلر بارگذاری می شود و سوئیچینگ دستگاه های خروجی و دستگاه های ورودی را تعریف می کند. سپس عملیات واقعی توسط PLC، مستقل از رایانه شخصی، و به طور مستقل انجام می شود زیرا کنترل کننده ها منبع تغذیه خود را دارند.

عملکردهای خاص PLC ها عبارتند از:

• کنترل جریان
• کنترل زنجیره
• توابع مبتنی بر اعداد شامل زمان و شمارش

 

دسته بندی نرم افزارهای پی ال سی

نرم افزار های PLC را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:

1. Cycle-oriented PLC: این پی ال سی ها از اصل اساسی پردازش داده با ورودی، پردازش و خروجی پیروی می کنند. ورودی ها پرس و جو می شوند و کنترل به برنامه کاربر منتقل می شود. پس از اینکه سیگنال های کنترلی به خروجی ها منتقل شدند، فرآیند دوباره از نو شروع می شود
2. Cyclic PLC با وقفه – این مدل پی ال سی برای اجرای یک حلقه برنامه اضافی برنامه‌ریزی شده‌اند که در صورت تغییر وضعیت سنسور متصل با شرایط متفاوت سازگار است. پس از تکمیل حلقه اضافی، برنامه اصلی ادامه خواهد یافت
3. Event-controlled PLC – این پی ال سی ها برای پردازش وظایف از پیش برنامه‌ریزی‌شده خاص پس از تغییر وضعیت حسگر/های متصل طراحی شده‌اند.

لازم به ذکر است که نرم افزار برنامه نویسی PLC استاندارد نیست. چرا که  هر یک از این نرم افزارها، مختص یک شرکت سازنده و گاهی اوقات یک مدل خاص نیز خواهد بود.

 

برترین برندهای نرم افزار PLC

در صنعت اتوماسیون امروزی، تولیدکنندگان / توسعه دهندگان انواع نرم افزار معروفی وجود دارند که بر این بخش تسلط دارند مانند PLC زیمنس، آلن برادلی PLC (AB PLC)، ABB PLC، میتسوبیشی PLC، اشنایدر الکتریک، Omron و هیتاچی PLC در میان دیگران. اگر به منابع آنلاین اعتماد دارید، تقریباً 80٪ از کنترلرها توسط 7 شرکت برتر در جهان فروخته می شوند که سهم هر شرکت ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• زیمنس با تقریباً 30.7 درصد بیشترین سهم را در بازار جهان دارد.
• دومین سهم برتر از Rockwell automation است که 21.6 درصد از سهم بازار را در اختیار دارد.
• میتسوبیشی با 13.9 درصد امتیاز در رتبه سوم قرار دارد.
• 9 درصد سهام متعلق به شرکت اشنایدر الکتریک است.
• رتبه پنجم به امرون تعلق دارد که 6.6 درصد از کنترلرهای بازار را در اختیار دارد.

 

5 نرم افزار برتر برنامه نویسی PLC

پی ال سی زیمنس (Siemens PLC)

احتمالاً مشهورترین شرکت اتوماسیون در جهان؛ وقتی صحبت از اتوماسیون به میان می آید، شماره یک جهان است و 30.7 درصد از سهم بازار جهانی را به خود اختصاص داده است. این خطی از کنترل‌کننده‌ها به نام SIMATIC، شکل کوتاهی از زیمنس اتوماتیک را ارائه می‌دهد که با مجموعه‌ای از ویژگی‌های شگفت‌انگیز مانند اتصال اترنت TCP/IP، Profinet و profibus ارائه می‌شود. زیمنس از طریق نرم افزار SIMATIC خود حداکثر کارایی را در کل فرآیند/سیستم یا اتوماسیون ارائه می دهد.

در حال حاضر، زیمنس PLC را به پتروشیمی ها، کارخانه های فراساحلی و سیستم های مدیریت ساختمان ارائه می دهد. این نرم افزار با اثبات ثابت مقیاس پذیری، انعطاف پذیری و توانایی، فناوری اتوماسیونی را ارائه می دهد که به بهترین وجه برای زمینه های تولید، ساخت، پردازش، مهندسی، تشخیص، ارتباطات و تشخیص مناسب است.

مهمتر از همه، ویژگی استفاده آسان نرم افزار SIMATIC باعث محبوبیت این نرم افزار در بین مصرف کنندگان مختلف می شود. به طور خلاصه، ترکیب مکانیزم های برنامه نویسی پیچیده و ساده آن را به یک رهبر جهانی در اتوماسیون تبدیل می کند.

 

پی ال سی آلن بردلی (Allen Bradley PLC)

اتوماسیون Rockwell و کنترل کننده های خط آن، یعنی Allen-Bradley PLC یکی از معتبرترین تولید کنندگان PLC در بازار اتوماسیون ایالات متحده است. کنترل‌کننده‌های خط آلن-بردلی برای پروژه‌ها در هر اندازه موجود بوده و در مجموع به عنوان کنترل‌کننده‌های اتوماسیون قابل برنامه‌ریزی (PAC) شناخته می‌شوند.

شبکه کنترل‌کننده‌های این برند، می‌توانند کل کارخانه را با طرح و طراحی مناسب مدیریت کنند. مجموعه نرم افزار آلن بردلی با کنترلرها و نرم افزارهای ControlLogix، نرم افزار GuardPLC و SoftLogix ارائه می شود. این شرکت، کنترل کننده هایی را برای برنامه های کوچک مانند سیستم های MicorLogix، SLC500 و CompactLogix ارائه می دهد.

 

پی ال سی میتسوبیشی (Mitsubishi PLC)

این کشور با سهم بازار 13.9 درصد رتبه سوم جهان را به خود اختصاص داده است. این شرکت عمدتاً در ژاپن و آسیا و حضور کمنر در اروپا و آمریکا مستقر است. این شرکت نرم افزار برنامه نویسی PLC به نام GX Developer  را ارائه می دهد که به دلیل قابلیت اطمینان و قابلیت عیب یابی عالی محبوب است و معمولاً در برنامه های خانگی مانند تهویه مطبوع، یخچال، فن، اتوماسیون خانگی، نمایشگر تلویزیون، هواکش و حتی در کنترل ترافیک استفاده می شود.

 

پی ال سی اشنایدر الکتریک (Schneider Electric PLC)

اشنایدر الکتریک (SE) دارای طیف گسترده ای از نرم افزارهای PLC است که می تواند در موقعیت مختلف مورد استفاده قرار گیرد. برخی از PLC های کلیدی اشنایدر الکتریک عبارتند از:

• TwidoSuite
• EcoStruxure Machine Expert
• Zelio Soft
• ProWORX 32
• Ecostruxure Control Expert
• Modicon M168 Programming Software

علاوه بر موارد فوق، SE در سال 2014 Triconex را خریداری کرد که اولین سیستم الکترونیکی قابل برنامه ریزی (PES) بود که برای استفاده در برنامه های خاموش کردن اضطراری (ESD) گواهینامه TÜV را دریافت کرد و برای استفاده در برنامه های هسته ای تایید شد. اولین سیستم تایید شده (COTS- Commercial Off The Shelf).

 

پی ال سی Omron (Omron PLC)

Omron طیف وسیعی از نرم افزارهای PLC را ارائه می دهد که عملکردها و کنترل های متعددی را از تجهیزات در مقیاس کوچک گرفته تا کل خطوط تولید در اختیار کاربران قرار می دهد. Omron تنها ارائه دهنده نرم افزار اتوماسیون است که از یک سیستم به روز رسانی خودکار آنلاین استفاده می کند و به کاربران امکان می دهد به راحتی به روز رسانی ها را به صورت رایگان دانلود و نصب کنند.

 

پی ال سی ABB (ABB PLC)

این یک تولید کننده PLC سطح بالا است. این مجموعه معروف AC500 را ارائه می دهد که اتوماسیون را برای برنامه های کاربردی در همه اندازه ها ارائه می دهد. یکی از جنبه های معروف خط که آن را از سایر PLC ها متمایز می کند، ویژگی “هر ماژول در هر CPU” است که به این معنی است که صرف نظر از نوع CPU مورد استفاده برای AC500 PLC، ماژول ABB AC500 می تواند مورد استفاده قرار گیرد. مانند دو PLC دیگر که در بالا مورد بحث قرار گرفت، ABB دارای گزینه ای برای دستگاه های مدولار است. امکان اضافه کردن چندین کارت یا کارت خروجی یا حتی ترکیب آنها برای کاربرد وجود دارد.

 

پی ال سی هیتاچی (Hitachi PLC)

هیتاچی سابقه طولانی در ساخت PLC دارد. ویژگی‌های معمولی مانند قابلیت اطمینان، سازگاری، فرمت فشرده و عملکرد خوب، آن را به یکی از تولیدکنندگان برتر PLC در سطح جهانی تبدیل کرده است. تمام سری های آن با مجموعه گسترده ای از دستورالعمل ها، قابلیت های ارتباطی مختلف و انعطاف پذیری ارائه می شوند.

دیگر نرم افزارهای PLC

شرکت‌هایی هستند که برای صنایع مختلف PLC اختصاصی طراحی و تولید می کنند، از جمله:

1. زیمنس AG پی ال سی های خود را را به صنایع پتروشیمی، شیمیایی، BMS، FPSO و دریایی ارائه می کند. تشخیص آن آسان تر است زیرا ورودی های فرآیند PLC زمان پاسخگویی سریع تری دارند. جنبه منفی جلوی آن زمانی است که عملکرد و یکی از اجزا به درستی عمل نمی کند، ممکن است سیستم در دسترس نباشد زیرا دستگاه عملکرد خود را متوقف می کند که ممکن است منجر به مشکلات دیگری نیز شود.
2. Moore Process Automation نیز شرکتی است که به صنایع شیمیایی، FPSO و Off-shore می‌پردازد. PLC آنها به عنوان یک نرم افزار برنامه کاملاً ساختار یافته همراه با امکاناتی در نظر گرفته می شود که به صورت دستی خروجی را انتخاب می کند و نیاز به خاموش شدن دارد. اما این اشکال برای مدارهای حیاتی فرآیند ایمنی مطلوب نیست که می تواند یک مشکل بزرگ باشد.
3. HIMA شرکتی است که با PLC و همچنین جذب بازار مناسب سروکار دارد. آنها در مشاغل پتروشیمی، شیمیایی، BMS و دریایی بازار دارند. هدف HIMA کمک به مشتریان برای حل مشکلات خود با پاسخگویی سریع است. با این کار، آنها مشتریان زیادی را در سراسر جهان جذب کردند.

 

جمع بندی

PLC کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی وسیله ای است که برای جایگزینی مدارهای رله متوالی لازم برای کنترل ماشین آلات، اختراع شده است. PLC با نظارت بر ورودی دستگاه های یک خط یا بخش صنعتی و بسته به وضعیت آن، روشن/خاموش کردن خروجی، سرعت، عملکرد و… را کنترل می کند. اپراتور معمولاً از طریق نرم افزار های PlC، برنامه های مدنظر خود را طرح ریزی و مشخص می نماید.

PLC ها در بسیاری از برنامه های کاربردی در دنیای صنعتی استفاده می شوند. اگر صنعت وجود داشته باشد، احتمال وجود یک PLC خوب است. اگر در ماشین‌کاری، بسته‌بندی، جابجایی مواد، مونتاژ خودکار یا صنایع بی‌شماری دیگر فعالیت می‌کنید، احتمالاً قبلاً از آنها استفاده می‌کنید. تقریباً هر برنامه‌ای که به کنترل حرفه ای و دقیق نیاز دارد، به حضور یک PLC نیاز است.

بنابراین آشنایی با انواع نرم افزار PLC و نوع برنامه نویسی این کنترلر در دنیای صنعتی حائز اهمیت است. قابل ذکر است که اکثر برندهای PLC نسخه‌های آزمایشی را با قابلیت‌های محدود برای یادگیری فردی و کاربرد سبک ارائه می‌دهند. اما برای پکیج کامل و برنامه های سنگین صنعتی، مصرف کنندگان ملزم به پرداخت هزینه هستند.