همه چیز در مورد PLC‌ و کاربردهای آن

وقتی در حال استفاده از دکمه‌ی یک آسانسور هستید در واقع در حال ارسال پیغام به یک PLC هستید. بعد از دریافت دستور شماست که PLC‌ ، آسانسور را بر مبنای دستور شما کنترل و هدایت می‌کند و آن را به طبقه درخواستی می‌فرستد. PLC به زبان ساده یک کامپیوتر خاص است که برای امور صنعتی و کنترل ماشین‌ها و خطوط تولید در صنعت به کار می‌رود و امروزه تبدیل به قلب کارخانجات صنعتی مختلف شده است. هر چقدر وابستگی یک جامعه به فناوری بیشتر باشد، حضور PLC‌ ها در آن بیشتر می‌شود به طوری که آنها امروزه در کارخانه‌ها، ساختمان‌های اداری و عملاً به طور نامرئی در اطراف ما در حال کار هستند. PLC‌یا Programmable Logic Controller ‌در واقع یک کنترل‌کننده‌ی قابل برنامه‌ریزی است که از قواعد منطق ریاضی پیروی می‌کند و امروزه به عنوان یک بخش جدایی‌ناپذیر از اتوماسیون صنعتی به شمار می‌رود. یک PLC، بر ورودی‌ها و سایر مقادیر متغیر نظارت می‌کند و بر اساس یک برنامه ذخیره شده، خروجی‌ها را برای خودکارسازی یک فرآیند یا ماشین، تولید و کنترل می‌کند. اگر هنوز در به خوبی نمی‌دانید که PLC چیست، جای نگرانی نیست تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.

تاریخچه PLC

PLC های اولیه در دهه 1960 به وجود آمدند. زمانی که اتاق‌های کنترل با تعداد زیادی رله، بلوک‌های ترمینال و تعداد زیادی سیم پر می‌شد. در این مدت بود که به دلیل پیچیدگی زیاد در اتاق‌های کنترل، اصطلاح «پنج ساعت برای پیدا کردن و پنج دقیقه برای تعمیر» متولد شد. در سال 1968، بیل استون از جنرال موتورز طرحی را برای توسعه‌ی یک کنترل‌کننده ماشین استاندارد ارائه کرد. این سیستم جدید باعث کاهش زمان از کار افتادگی دستگاه، قابلیت ارتقا، افزایش دوام و ایجاد قابلیت‌های منطقی شده بود. در سال 1971، مهندسان آلن برادلی طراحی های خود را برای کنترلر جدید به نام «کنترل کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی» تکمیل کردند. در آن زمان هفت شرکت وجود داشت که برای تصاحب مشتریان در بازار جدیدی که به سرعت در حال گسترش بود رقابت می‌کردند. امروزه ما شاهد PLC‌‌ های پیشرفته با طیف وسیعی از سیستم‌های منطقی و برنامه‌ریزی مواجه هستیم.

PLC چگونه کار می کند؟

برای هر نوع از ماشین‌آلات، دستگاه‌های ورودی آنها سیگنال‌هایی را می‌پذیرند که از طریق ریل‌های رابط به PLC ارسال می‌شوند. این سیگنال‌ها در مکان‌هایی به نام بیت‌ها در حافظه PLC ذخیره می‌شوند. در ادامه، برنامه‌نویسی PLC به کمک منطق یا یک نوع تکنیک کنترل انجام می‌شود که کنترلر با آن کار می‌کند. سپس CPU دستورالعمل‌ها را از حافظه گرفته و پردازش می‌کند و در نهایت، عملیاتی که برای کنترل دستگاه‌های خروجی برنامه‌ریزی شده‌اند، انجام می‌شود.

دستگاه‌های PLC به راحتی نصب و برنامه ریزی می شوند. ویژگی‌های ویرایش PLC اجازه می‌دهد تا تغییرات برنامه، اصلاحات و روش‌های بارگذاری در اکثر موارد در عرض چند ثانیه انجام شود. هر PLC نرم افزار مخصوص به خود را دارد که برای برنامه نویسی PLC استفاده می‌شود. به طور کلی PLC سهولت برنامه نویسی، سهولت سیم کشی، سهولت تعویض و سهولت نصب را فراهم می‌کند. سیستم‌های PLC ماژولار هستند، به این معنی که می‌توان دستگاه‌های ورودی و خروجی را در صورت نیاز با هم ترکیب کرد. تمامی کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی دارای رابط ورودی و خروجی، حافظه، روش برنامه نویسی، واحد پردازش مرکزی (CPU) و منبع تغذیه هستند.

اجزای پی ال سی

اندازه‌ها و محدوده‌های مختلفی از PLC در بازار موجود است اما برخی از اجزای رایج در PLC وجود دارد که در اکثر واحدهای PLC استفاده می‌شود. در ادامه به اجزای پی ال سی اشاره شده است:

1.پردازنده

واحد پردازش مرکزی یاCPU مهمترین جزء یک PLC است که مانند کامپیوتر، جزء اصلی در PLC است. بدون پردازنده، یک PLC نمی‌تواند عملکرد خود را انجام دهد. PLC های مختلف با پردازنده های مختلف عرضه می‌شوند و نوع پردازنده از دستگاهی به دستگاه دیگر متفاوت است.

2.قفسه

قفسه برای مونتاژ اجزای مختلف یک PLC در یک مکان استفاده می‌شود. به قفسه‌های یک PLC هوزینگ گفته می‌شود، زیرا فضا را برای اجزای مختلف PLC فراهم می‌کند. قفسه PLC با دقت طراحی شده است زیرا اجزای مختلف PLC را کنترل می‌کند. قفسه باید به اندازه کافی قوی باشد تا آجرهای مختلف یک PLC را نگه دارد.

3.مجموعه‌ی ورودی

مجموعه‌ی ورودی برای انتقال سیگنال‌های ورودی از پردازنده PLC به کنترل‌کننده PLC استفاده می‌شود. مجموعه‌ی ورودی شامل سوئیچ‌های مختلف، ورودی‌های اپراتور و سنسورهای فشار است. این مجموعه را می توان حواس PLC نامید که برای حس کردن ورودی های مختلف استفاده می‌شود. انواع مختلفی از ورودی‌ها را می توان بر اساس برنامه ریزی PLC به آن اضافه کرد. ورودی PLC را می‌توان به دو دسته آنالوگ و دیجیتال نیز تقسیم کرد. هر دسته توسط کلاس خاص خود اداره می‌شود.

4.مجموعه‌ی خروجی

مجموعه‌ی خروجی برای انتقال داده‌های پردازش شده از PLC به دنیای خارج استفاده می‌شود. دنیای خارج می‌تواند شامل هر یک از کاربردهای PLC باشد. به این مجموعه، محرک PLC می‌گویند. خروجی‌های PLC به شکل‌های مختلف توسط گیرنده دریافت می‌شوند. خروجی نیز بسته به نوع ورودی می‌تواند از نوع آنالوگ یا دیجیتال باشد.

5.منبع تغذیه

منبع تغذیه برای تامین برق ضروری PLC استفاده می‌شود. انواع مختلفی از منابع تغذیه در PLC های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. منبع تغذیه جریان کافی را برای PLC به منظور کار با اجزای مختلف PLC فراهم می‌کند. منابع تغذیه مختلف مورد استفاده در PLC از 24 ولت DC تا 120 ولت AC متغیر است.

6.واحد برنامه‌نویسی

دستگاه برنامه‌نویسی واحدی است که برای برنامه‌ریزی PLC استفاده می‌شود. هر PLC با نرم افزار و کد برنامه‌نویسی خود ارائه می‌شود. برنامه نویس، PLC را با کمک واحد برنامه‌نویسی برنامه‌ریزی می‌کند. منطق‌های مختلف برای PLC توسط برنامه‌نویس ساخته شده و سپس در واحدهای مختلف پیاده سازی می‌شوند. PLC ها با استفاده از رایانه های شخصی یا لپ تاپ با کمک نرم افزار ارائه شده برای برنامه‌نویسی، برنامه‌ریزی می‌شوند.

تفاوت PLC با کامپیوتر

یکی از تفاوت‌های عمده بین PLC و PC نحوه توسعه و اجرای برنامه‌ها است. یک PLC معمولاً از اجرای برنامه مبتنی بر اسکن پیروی می‌کند در حالی‌که نرم افزار رایانه شخصی معمولاً رویداد محور است. سبک‌های مختلف اجرا در PLC به نوبه خود به فلسفه برنامه‌نویسی متفاوتی تبدیل می‌شوند. همچنین PLC ها در برابر حملات بدافزار‌ها مصون هستند. چون PLC‌ها دارای سیستم‌عامل اختصاصی و عملکرد محدودی هستند که آنها را در مقایسه با کامپیوترها در معرض خطر کمتری از حملات قرار می‌دهد.

اهمیت PLC در اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون صنعتی مجموعه‌ای از فناوری‌‌هاست که از سیستم‌ها و دستگاه‌های کنترلی مانند نرم‌افزارهای رایانه‌ای و روباتیک استفاده می‌کند تا عملیات خودکار فرآیندها در ماشین‌آلات صنعتی را بدون نیاز به اپراتور انسانی امکان‌پذیر کند. اتوماسیون صنعتی احتمال خطای انسانی را از بین می‌برد، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد، در زمان صرفه جویی می‌کند و به عملکرد بالاتری دست می‌یابد.

استفاده از PLC ها در اتوماسیون صنعتی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. PLC ها می‌توانند به عنوان واحدهای مستقلی کار کنند و یا می‌توان آنها را شبکه کرد. چنین شبکه‌ای می‌تواند کل خط تولید را کنترل کند. همچنین PLC ها را می‌توان برای نظارت و کنترل بسیاری از سنسورها و محرک‌ها آماده ساخت.

کاربرد پی ال سی در صنعت

مزایای PLC‌ و کاربردهای آن بسیار است. در این بخش چند نمونه از سیستم‌های مکانیکی روزمره که توسط PLC ها کنترل می‌شوند آورده شده است:

صنعت شیشه

کنترل کننده‌های PLC برای چندین دهه است که در صنعت شیشه استفاده می‌شوند. آنها عمدتا برای کنترل نسبت مواد و همچنین برای پردازش شیشه‌های تخت مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فناوری در طول سال‌ها پیشرفت کرده و این امر باعث افزایش تقاضا برای حالت کنترل PLC برای استفاده در صنعت شیشه شده است. تولید شیشه یک فرآیند پیچیده است؛ به طور کلی، PLC هم در ضبط داده‌های آنالوگ در تولید شیشه و هم در افزایش کیفیت دیجیتال آن کاربرد دارد.

صنعت کاغذ

PLC ها در فرآیندهای مختلفی در صنعت کاغذ مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فرآیند‌ها شامل کنترل ماشین‌هایی است که محصولات کاغذی را با سرعت بالا تولید می‌کنند. به عنوان مثال، یک PLC تولید صفحات کتاب یا روزنامه‌ها را در چاپ افست به صورت تحت وب، کنترل و نظارت می‌کند.

صنعت تولید سیمان

تولید سیمان شامل مخلوط کردن مواد اولیه مختلف در یک کوره است. کیفیت این مواد اولیه و نسبت آنها به طور قابل‌توجهی بر کیفیت محصول نهایی تأثیر می‌گذارد. برای اطمینان از کیفیت و کمیت مناسب مواد خام و صحت داده‌ها در چنین فرآیندهایی از PLCاستفاده می‌شود. PLC در فرآیند تولید سیمان بخش‌هایی مانند آسیاب توپ، کوره زغال سنگ و کوره شفت را کنترل می‌کند.

علائم راهنمایی و رانندگی جاده‌ای

تصور دنیای مدرن بدون علائم راهنمایی و رانندگی دشوار است. این سه چراغ رنگی خیابان، توسط مردم در سراسر جهان استفاده می‌شود. این کاربرد ساده اما مبتکرانه‌ی PLC، از زمان به کارگیری اولین برنامه کنترل ترافیک در سال 1926 در لندن سابقه‌ی طولانی در شهرهای بزرگ و کوچک در سراسر جهان دارد.

درب های اتوماتیک

آیا می‌توانید زمانی را به یاد آورید که ممکن بود شخصی در حال باز شدن درب اتوماتیک با آن برخورد کند؟ خوشبختانه امروزه، کنترلر‌های PLC با سنسور داخلی در دو طرف درب، برای جلوگیری از چنین اتفاقاتی به کارگرفته می‌شود. راه‌های زیادی برای عملکرد درب اتوماتیک وجود دارد اما به طور کلی آنها از طریق یک آشکارساز عمل می‌کنند. به عنوان مثال وقتی یک پرتو نور شکسته می شود، باعث می‌شود سیستم چیزی را در مقابل یا بین درها شناسایی کند.

ترن هوایی

بسیاری از مردم عاشق کاوش در ارتفاعات جدید و تجربیات هیجان‌انگیز هستند، همانطور که حدس زدید، ترن هوایی با کنترلرPLC کار می‌کند. به طور معمول، کنترلر PLC در ترن هوایی برای بالا بردن آن و اقدامات ایمنی استفاده می‌شود تا خودروها وارونه نشوند.

نمونه‌های دیگر کاربرد PLC شامل سیستم‌های خاموش کردن مخزن آب در بخش هوافضا، کنترل دستگاه پرکن در صنایع غذایی، کنترل ماشین لباسشویی و کنترل سیستم‌های انقباض نساجی، سیستم تعویض فن دیگ بخار با سوخت زغال سنگ در بیمارستان‌ها و همچنین سیستم کنترل قالب‌گیری تزریقی در صنعت پلاستیک استفاده می‌شود.