کنترلکنندههای منطقی قابل برنامهریزی یا پیالسیها به عنوان قلب تپنده اتوماسیون صنعتی شناخته میشوند و نقش حیاتی در مدیریت فرآیندها و تجهیزات مختلف دارند. این کامپیوترهای دیجیتال صنعتی با قابلیتهای بالا، توانایی کنترل دقیق ماشینآلات و خطوط تولید را فراهم میآورند و در انواع مختلف با ویژگیهای متفاوتی موجودند. در ادامه انواع PLC، نحوه عملکرد، معیارهای دستهبندی و کاربردهای مختلف بررسی شده است تا درک بهتری از این فناوری کلیدی در صنعت داشته باشید.
تعریف PLC
اگر میخواهید بدانید که PLC چیست، باید گفت که یک کامپیوتر دیجیتال صنعتی است که برای کنترل فرآیندهای صنعتی مانند خطوط مونتاژ و تجهیزات روباتیک طراحی میشود. این کنترلر نرمافزاری اطلاعات ورودی باینری را دریافت کرده، آنها را طبق برنامهای که در حافظهاش ذخیره شده پردازش و فرمانهای خروجی را به دستگاههای اجرایی ارسال میکند. از ویژگیهای برجسته PLC میتوان به سهولت در برنامهنویسی و عیبیابی آسان اشاره کرد.
نحوه کارکرد PLC
کارکرد PLC را میتوان به راحتی از طریق فرآیند اسکن چرخهای توضیح داد. این فرآیند به صورت پیوسته تا زمانی که PLC درحالت اجرا قرار دارد، تکرار میشود و شامل مراحل زیر است:
- مانیتورینگ و نظارت بر زمان که سیستمعامل نظارت بر زمان را آغاز میکند.
- واحد پردازش مرکزی (CPU) شروع به خواندن دادهها از ماژول ورودی کرده و وضعیت تمامی ورودیها را مورد بررسی قرار میدهد.
- واحد پردازش مرکزی برنامه کاربر را که به زبان برنامهنویسی PLC نوشته شده است، اجرا میکند.
- CPU وظایف تشخیص داخلی و ارتباطات را انجام میدهد.
- سپس براساس نتایج برنامه، CPU دادهها را در ماژول خروجی مینویسد تا وضعیت تمامی خروجیها بهروزرسانی شود.
معیار دسته بندی انواع پی ال سی
مدلهای مختلف PLC را میتوان براساس معیارهای اندازه، منبع تغذیه و نوع اجرای سخت افزاری تقسیمبندی نمود که در ادامه هریک را توضیح خواهیم داد.
انواع سیستم PLC بر اساس اندازه
انواع PLC براساس اندازه شامل:
- کوچک یا مینی پی ال سی ها (mini PLC)
به مینی پیالسیها در برند زیمنس پیالسی لوگو (Logo) و در برند امرون زن (Zen) میگویند. PLC کوچک میتواند ماشینهای کوچکتری مانند نوار نقالهها و موتورها را کنترل کند و عملکرد کمتری نسبت به سایر انواع PLC دارد. این دستگاهها دارای حافظه کافی برای ذخیره برنامههای منطقی نردبانی و نظارت بر دستگاههای I/O محلی هستند.
به مینی پی ال سی ها در برند زیمنس پی ال سی لوگو (Logo) و در برند امرون زن (Zen) می گویند. این PLC به صورت ماژولهای جداگانه قابل خریداری و نصب در سیستمهای کنترل موجود است. برخی از این پیالسیهای کوچک به صورت ادغام شده در کنترلرها استفاده میشوند و تنها امکان ایجاد برنامههای منطقی نردبانی را فراهم میکنند.
- متوسط
پیالسیهای متوسط میتوانند ماشینهای بزرگتری مانند خطوط مونتاژ را کنترل کنند. این دستگاهها به دلیل حافظه بیشتر، پورتهای ارتباطی گسترش یافته و سرعت پردازش بالاتر، عملکرد بهتری دارند. آنها از مبدلهای دیجیتال به آنالوگ، پورتهای ارتباطی سریال و ماژولهای ورودی آنالوگ برای کنترل پارامترهای فیزیکی استفاده میکنند. همچنین، از زبانهای برنامهنویسی مختلف برای پیادهسازی ساختارهای منطقی بهره میبرند.
- بزرگ
پیالسیهای بزرگ میتوانند ماشینهای بسیار بزرگ مانند بلوکهای ساختمانی یا توربینهای تولید برق را کنترل کنند. این دستگاهها دارای حافظه زیاد، پورتهای ارتباطی گسترده و سرعت پردازش بالا هستند. آنها از ماژولهای خروجی آنالوگ، مبدلهای دیجیتال به آنالوگ و پورتهای ارتباطی سریال برای نظارت بر پارامترهای فیزیکی و برقراری ارتباط با محرکهای میدانی استفاده میکنند. همچنین، از زبانهای برنامهنویسی مختلف برای کنترل ماشینها و دستگاهها بهره میبرند.
طبقه بندی پی ال سی از لحاظ نوع اجرای سخت افزاری
این طبقهبندی از لحاظ نوع اجرای سختافزاری متنوع بوده و عبارتند از:
- مدولار یا ماژولار (Modular PLC)
در پیالسی ماژولار، بخشهای اصلی مانند ورودیها، خروجیها، پردازنده و ماژولهای تغذیه به صورت جداگانه طراحی شدهاند و هرکدام کارتهای مستقل خود را دارند. میتوانید این بخشها را در کنار هم قرار دهید تا یک پیالسی کامل تشکیل شود. پیالسیهای ماژولار در برند زیمنس به سری S7-300 شناخته میشوند.
| مزیتهای پی ال سی ماژولار | معایب PLC ماژولار |
|---|---|
| مقیاس پذیری، امکان افزایش قابلیتهای پیالسی | عبور جریان الکتریکی از کارتها ممکن است باعث افزایش دما شود. |
| قابلیت اضافه کردن تعداد بیشتری از ورودی و خروجیها | ماژولها باید با ترتیب خاصی در کنار CPU قرار بگیرند و فضای خالی بین آنها امکانپذیر نیست. |
| تشخیص خطای آسان | در صورت بروز مشکل، احتمال قطع ارتباط ماژولهای بعدی با CPU بالا است. |
| تعمیرات ساده و امکان جایگزینی سریع ماژولهای معیوب | برای تعویض ماژولها، باید پیالسی خاموش شود که به معنی توقف عملیات تا پایان تعمیرات است. |
- فشرده یا کمپکت (Compact PLC)
پیالسی فشرده یا کامپکت نوعی کنترلر است که تمامی اجزای لازم آن مانند ورودیها، خروجیها، پردازنده و تأمین انرژی، دریک واحد یا ماژول ادغام شده است. این مدل پیالسیها در برند زیمنس به S7-1200 معروفند. با برخورداری از ظرفیت بالا برای ورودی و خروجیها، این نوع پیالسی برای پروژههای متوسط مناسب است. معمولا در پروژههای هوشمندسازی و اتوماسیون کارخانهها بهکار میرود.
| مزایا پی ال سی فشرده | معایب PLC فشرده |
|---|---|
| ادغام کامل اجزا: شامل CPU، ورودیها، خروجیها و منبع تغذیه در یک قاب | محدودیت در توسعه |
| قیمت مناسب نسبت به مدلهای ماژولار و رک | در صورت آسیب به بخشهای داخلی، نیاز به تعویض کل دستگاه |
- Soft PLC
پیالسی نرم (Soft PLC) نوعی سیستم کنترل صنعتی است که به جای استفاده از سختافزار اختصاصی، براساس نرمافزار عمل میکند. این سیستمها بر روی رایانههای عمومی یا سرورها نصب میشوند و به صورت مجازی عملکرد مشابهی با پیالسیهای سنتی دارند.
| نقاط مثبت Soft PLC | نقاط ضعف Soft PLC |
|---|---|
| کاهش هزینهها | عدم نرمافزار جانبی |
| پیکربندی و نگهداری سادهتر | |
| امنیت پیشرفته | |
- پی ال سی های رک (Rack PLC)
در این نوع PLC، کلیه ورودیها و خروجیها به ماژول مرکزی که در پشت آن قرار دارد، متصل میشوند. اتصال در پیالسی رک به صورت عمودی است و به دلیل داشتن تعداد زیاد ورودی و خروجی، برای پروژههای بزرگ مانند پالایشگاهها و پتروشیمیها بهترین گزینه محسوب میشود. این سری پیالسیهای به Simatic S7-400 زیمنس معروف هستند.
| مزایا | معایب |
|---|---|
| امکان استفاده از ورودی و خروجی بسیار بالا | بزرگترین عیب این PLC، قیمت بالا نسبت به دیگر پیالسیها است. |
| شناسایی و تعویض ساده ماژول معیوب | |
| عدم وابستگی ماژولها از نظر تغذیه و ارتباط با یکدیگر | |
| قابلیت تعویض کارت یا ماژولها حتی در لحظه کار | |
| وجود باس تغذیه و اطلاعات در رک و کاهش حرارت نسبت به مدلهای دیگر |
- پی ال سی های شاسی (Chassis PLC)
PLC شاسی دارای چندین بخش برای قرار دادن ماژولهای مختلف یا اضافی است. در صورت نیاز به شاسیهای اضافی، کاربر میتواند آنها را با استفاده از کابلهای متصل کننده به یکدیگر متصل کند. ویژگی بارز پیالسیهای شاسی، امکان گسترش و مقیاسپذیری بالای آنهاست. این ویژگی به کاربران امکان میدهد که به راحتی ظرفیت ورودی و خروجیها را افزایش دهند و سیستمهای پیچیدهتر را بدون نیاز به تعویض کامل کنترلر پیادهسازی کنند. این نوع پیالسیها به ویژه برای پروژههای بزرگ و پیچیده که نیاز به تعداد زیادی ماژول و ورودی/خروجی دارند، ایدهآل هستند.
انواع PLC بر اساس منبع تغذیه
انواع PLC براساس منبع تغذیه به دو بخش تقسیم میشود که عبارتند از:
- پی ال سی دارای منبع تغذیه داخلی
این پیالسیها دارای ولتاژ داخلی DC (مانند DC24V یا DC48V) برای مدارهای داخلی هستند. بنابراین، نیازی به باتری یا ترانسفورماتور جداگانه ندارند. این نوع پیالسیها کارآمدتر هستند زیرا نیازی به فضای اضافی برای دستگاه تبدیل ولتاژ جداگانه ندارند و تعداد قطعاتی که ممکن است خراب شوند نیز کمتر است.
- فاقد منبع تغذیه داخلی
پیالسیهای فاقد منبع تغذیه داخلی، کنترلکنندههایی هستند که برای تأمین انرژی به منبع تغذیه خارجی نیاز دارند. این نوع پیالسیها برای عملکرد صحیح باید به منابع تغذیهای مانند باتریها یا ترانسفورماتورها متصل شوند. برخلاف مدلهای دارای منبع تغذیه داخلی که ولتاژ مورد نیاز را به صورت مستقیم تأمین میکنند، این پیالسیها انعطافپذیری بیشتری در انتخاب نوع و مشخصات منبع تغذیه ارائه میدهند. با این حال، نیاز به منبع تغذیه خارجی میتواند به فضای اضافی، هزینههای بیشتر و پیچیدگی در نصب و نگهداری منجر شود.
انواع برند PLC
از انواع برند PLC، میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- پی ال سی زیمنس: شرکت زیمنس مستقر در آلمان، یکی از بهترین برند PLC است. پیالسیهای زیمنس به دلیل عملکرد دقیق، مقیاسپذیری گسترده و کاربری آسان، محبوبیت زیادی در سراسر جهان دارند.
- پی ال سی دلتا: PLC دلتا که در تایوان تولید میشود، در بازار و صنایع ایران بسیار محبوب است. این پیالسیها در سریهای مختلفی ازجمله AH500، AS و DVP عرضه میشوند.
- پی ال سی میتسوبیش: میتسوبیشی ژاپن یکی دیگر از شرکتهای فعال در تولید PLC است. هرچند که این برند به اندازه دلتا و زیمنس محبوبیت ندارد، اما همچنان در برخی از صنایع ایران استفاده میشود. پیالسی میتسوبیشی بهخصوص در پله برقیها به عنوان مغز کنترلکننده نقش کلیدی دارد.
- پی ال سی ABB: از شرکتهای قدیمی و معتبر در زمینه تولید پیالسی، ABB است. محصولات این شرکت به دلیل کارایی خوب و انعطافپذیری بالا شناخته میشوند.
- پی ال سی ایتون مولر: PLC ایتون مولر نیز یکی از تولیدکنندگان معتبر است. این شرکت انواع پیالسی با کارایی بالایی را ارائه میدهد.
نقاط ضعف و قوت انواع PLC
پیالسیها دارای مزایای متعددی هستند که شامل کاهش چشمگیر هزینهها، سهولت در نصب و راهاندازی، طراحی استاندارد و افزایش ضریب اطمینان میشود. این تجهیزات به دلیل امکان عیبیابی راحت و ساده، قابلیت رمزگذاری، و تنوع لوازم جانبی، در صنایع مختلف بهکار میروند. با این حال، پیالسیها نیز معایبی دارند. قیمت بالای آنها به دلیل نوسانات نرخ ارز، محدودیتهای سختافزاری و کمیاب بودن تجهیزات جانبی به علت تحریمها، از مشکلات رایج است. همچنین، محدودیتهای محاسباتی و استفاده از نرمافزارهای سنگین میتواند به عنوان نقاط ضعف دیگر این تجهیزات محسوب شود.
موارد استفاده کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی
کنترلکنندههای منطقی قابل برنامهریزی در صنایع مختلف برای کنترل فرآیندها و تجهیزات صنعتی استفاده میشوند.
منبع تغذیه: وظیفه اصلی منبع تغذیه یک PLC، تبدیل ولتاژ AC به ولتاژ DC است. ولتاژ AC که معمولا بین ۱۱۰ تا ۲۲۰ ولت است، بسته به کشور و فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز، توسط ترانسفورماتور کاهش پیدا میکند تا با تجهیزات صنعتی سازگار شود. سپس، منبع تغذیه تنظیم شده DC یک خروجی ثابت ارائه میدهد که برای عملکرد صحیح PLC ضروری است.
ورودی: PLC دادهها را از حسگرها و دستگاههای متصل دریافت میکند که به آنها ماژولهای ورودی میگویند. این ماژولها شرایط مختلفی مانند دمای بالا، سطح آب پایین و فشار بالا را تشخیص داده و به PLC امکان میدهند تا فرآیندهای صنعتی را به طور ایمن و کارآمد کنترل کند.
پردازش: کنترلکننده منطقی قابل برنامهریزی دو وظیفه اصلی در این مرحله انجام میدهد. ابتدا، دادههای دریافتی را با اطلاعات ذخیرهشده مقایسه میکند. سپس براساس این مقایسهها تصمیم میگیرد. به عنوان مثال اگر فشار در یک مخزن بیش از حد باشد، PLC فشار را با مقادیر مجاز مقایسه کرده و اقدامات لازم را انجام میدهد.
خروجی: PLC سیگنالهایی را به دنیای خارجی ارسال میکند. این سیگنالها میتوانند شامل چشمک زدن چراغ در یک تقاطع، روشن شدن آژیر یا فعال کردن سیستمهای مختلف مانند هشدارهای امنیتی و کنترل دما باشند. همچنین، PLC میتواند سرعت ماشینآلات را تنظیم کرده و فرآیندهای دیگر را کنترل کند.
بخش برنامه نویسی: برای برنامهنویسی و عیبیابی PLC، از دستگاههای مختلفی مانند رایانههای شخصی و ابزارهای دستی مورد استفاده قرار میگیرند. دستگاههای دستی به وسیله کابل به PLC متصل میشوند و شامل کلیدهایی برای ویرایش و وارد کردن کد هستند. این دستگاهها نمایشگرهای کوچکی را برای مشاهده دستورالعملهای برنامهریزی شده دارند.
سخن نهایی
در دنیای امروزه، پیالسیها در صنایع مختلف استفاده و شناخته میشوند. این دستگاههای دیجیتال صنعتی با انواع مختلف و ویژگیهای متنوع، از PLCهای کوچک و فشرده تا مدلهای بزرگ و ماژولار، به کارایی و انعطافپذیری در کنترل ماشینآلات و خطوط تولید کمک میکنند. انتخاب نوع مناسب PLC با توجه به اندازه پروژه، منبع تغذیه و نیازهای خاص، میتواند تأثیر زیادی بر بهینهسازی فرآیندها و کاهش هزینهها داشته باشد. درنهایت، با درک درست از عملکرد و معیارهای دستهبندی PLCها، میتوان به بهرهوری بیشتر و مدیریت بهینهتر سیستمهای صنعتی رسید.
