فهرست مطالب این مقاله:
PLC مخفف کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (Programmable Logic Controller) هستش. PLC یک دستگاه پردازشی قابل برنامه ریزیه که معمولا برای مدیریت فرآیندهای الکترومکانیکی در محیط های صنعتی استفاده می شه. پی ال سی گاهی اوقات به عنوان یک کامپیوتر صنعتی شناخته می شه؛ اصطلاحی که عملکرد اصلی اون رو به عنوان یک ماشین پردازشی تخصصی و صنعتی توصیف می کنه.
کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی وضعیت یک دستگاه ورودی مثل سیگنال های یک سوئیچ چراغ رو کنترل می کنن و در مورد وضعیت بعدی یک دستگاه خروجی، مثل روشن یا خاموش کردن چراغ، تصمیم می گیرن.
پی ال سی ها همچنین برای انتقال اطلاعات از دستگاه ها در کارخانه ها یا از مکان های خارج از سایت به برنامه های متمرکز، استفاده می شن که معمولا روی کامپیوترهای شخصی اجرا می شن. اون ها معمولا برای نظارت و گزارش دهی دستگاه، برای تشخیص عیوب در دستگاه های سخت افزاری مثل ماشین ها و ابزارهای صنعتی و تاثیر رویدادهای دستگاه به کار میرن.
سیستم منطق رله چیه؟
PLCها جانشین سیستم های منطق رله هستن؛ این سیستم های کنترلی دستگاه های سطح پایین مثل سوئیچ ها، رله ها، تایمرها، رله ها و موتورها رو نظارت و کنترل می کنن. در سیستم های منطق رله، رله ها با فعال و غیرفعال کردن سیم پیچ های مغناطیسی در مدارهای الکتریکی، عملیات منطقی معروف به منطق رله رو انجام میدن.
رله ها می تونن مدارهایی رو که از جریان ها و ولتاژهای متفاوتی استفاده می کنن به هم وصل کنن. بنابراین، از گذشته تا حالا، رله ها برای کنترل و هماهنگی دستگاه های مختلف اتوماسیون صنعتی ایده آل بودن.
مشکل سیستم منطق رله اینه که مثل تابلوی برق، سیم کشی سختی داره و به دلیل زیاد بودن حجم سیم ها، نگهداری اون مشکل هستش. توسعه میکروکنترلرها با فعال کردن قابلیت کدنویسی فرآیندهای منطق رله به صورت برنامه نویسی و ذخیره سازی در کامپیوتر، این مشکل رو حل کرد.
نرم افزار مانیتورینگ شبکه بینا
یک PLC چطور کار می کنه؟
در این بخش می بینیم که یک پی ال سی از چه اجزایی تشکیل شده و چطور کار می کنه.
اجزای PLC
یک PLC استاندارد به منبع تغذیه متصل هستش و از یک واحد پردازش مرکزی (CPU)، یک رک نصب، حافظه فقط خواندنی (ROM)، حافظه با دسترسی تصادفی (RAM)، ماژول های ورودی/خروجی (I/O)، منبع تغذیه و یک دستگاه برنامه نویسی تشکیل شده.
PLCها از طراحی ماژولار بهره می برن. ورودی/خروجی و سایر ماژول های تخصصی در یک رک PLC قرار می گیرن. ماژول های پی ال سی گاهی اوقات کارت نامیده می شن.
رک
یک قفسه PLC رو می شه با شاسی خودرو مقایسه کرد که سایر اجزای خودرو به اون متصل هستن. اجزای متصل در یک رک PLC به سه بخش گروه بندی می شن: CPU، چندین ماژول I/O و منبع تغذیه.
منبع تغذیه
منبع تغذیه جریان متناوب (AC) رو به جریان مستقیم (DC) تبدیل می کنه. جریان برق DC توسط CPU و اجزای ورودی/خروجی استفاده می شه.
CPU
مثل هر کامپیوتر شخصی، CPU مغز یک PLC به حساب میاد. CPU دارای دو حالت عملیاتی هستش: حالت برنامه نویسی و حالت اجرا. در حالت برنامه نویسی، CPU منطق رو در قالب دستورالعمل های برنامه نویسی ایجاد شده توسط کاربر در کامپیوتر شخصی دانلود می کنه. در حالت اجرا، CPU منطق رو اجرا می کنه.
CPU تمام عملیات پی ال سی رو طبق دستورالعمل های برنامه نویسی ذخیره شده در حافظه کنترل می کنه. یک سیستم کنترل گذرگاه (BUS)، اطلاعات رو به CPU یا از اون منتقل می کنه.
ماژول های ورودی/خروجی
پی ال سی داده ها رو از دستگاه های ورودی مثل حسگرهای مجاورت و فوتوالکتریک، صفحه کلید، سطح سنج، تایمر، شمارنده، چراغ های کنسول، موتورهای الکتریکی و سوئیچ های دما و فشار دریافت یا حس می کنه. مفهوم سنجش داده ها به ماهیت داده های ورودی PLC اشاره داره که به شکل سیگنال های الکترونیکی ارسال می شن.
کارت های ورودی دیجیتال سیگنال های مجزا مثل سیگنال های روشن/خاموش رو کنترل می کنن. کارت های ورودی آنالوگ ولتاژ رو به اعدادی قابل فهم برای CPU تبدیل می کنن.
خروجی های پی ال سی شامل شیرها، موتورهای استارت، درایوها، محرک ها، سلونوئیدها، آلارم ها، رله های کنترل، چاپگرها و پمپ ها می شه. کارت های خروجی دیجیتال دستگاه ها رو روشن و خاموش می کنن؛ مثلا روشن و خاموش کردن یک چراغ. کارت های خروجی آنالوگ اعداد دیجیتال رو به ولتاژ تبدیل می کنن؛ مثلا برای هدایت ماشین آلات.
PLCها می تونن تصمیمات منطقی بگیرن و براساس داده های ورودی که دریافت می کنن اقداماتی رو انجام بدن. مثلا پی ال سی ها می تونن پردازش داده های ورودی و ارسال داده های پردازش شده به یک دستگاه خروجی رو انجام بدن. پردازش داده های ورودی توسط یک دستگاه برنامه نویسی اجرا می شه.
مثلا یک سوئیچ دما ممکنه دمای یک کارخانه خنک کننده رو کنترل کنه و به طور متناوب این اطلاعات رو از طریق یک PLC به یک چاپگر در مرکز عملیات یک کارخانه ارسال کنه.
دستگاه برنامه نویسی
دستگاه برنامه نویسی معمولا یک کامپیوتر شخصی، کنسول یا دستگاه اختصاصی دستی هستش. ماژول های ورودی/خروجی سیگنال های ورودی رو به پردازنده PLC هدایت می کنن؛ جایی که سیگنال های خروجی ایجاد می شن. فرمت داده های خروجی توسط یک برنامه پیاده سازی شده بر روی دستگاه برنامه نویسی مشخص می شه.
حافظه و ذخیره سازی
ROM داده های سیستم عامل و درایورها رو ذخیره می کنه. RAM وضعیت و جزییات مربوط به داده های ورودی و خروجی و برنامه ها رو ذخیره می کنه.
ارتباط
ماژول های ورودی و خروجی وظیفه انتقال اطلاعات بین کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی و شبکه های ارتباطی رو برعهده دارن. برای برقراری ارتباط با دستگاه های خارجی، PLCها از استاندارد توصیه شده 232 (RS-232) استفاده می کنن که یک استاندارد ارتباطی از نوع سریال هستش. RS-232 از کد باینری برای خوندن و نوشتن داده ها در قالب کد استاندارد آمریکایی تبادل اطلاعات (ASCII) استفاده می کنه.
در سطح کنترل، PLCها با اجزای میدانی در سطح فیزیکی با استفاده از انواع پروتکل های ارتباطی بسته به نوع جزء، ارتباط برقرار می کنن. PLCها همچنین برای برقراری ارتباط از طریق شبکه و با دستگاه های بی سیم از پروتکل های ارتباطی مختلفی استفاده می کنن.
Modbus RTU یک پروتکل ارتباطی سریال هستش که معمولا در شبکه های ارتباطی صنعتی برای انتقال داده ها در فواصل طولانی استفاده می شه. پروتکل های ارتباطی سریال، فاقد عملکرد و سرعت بالای پروتکل های اترنت هستن. پروتکل های اترنت که PLCها از اون استفاده می کنن شامل Ethernet TCP/IP، Modbus TCP/IP و Profinet هستش. این پروتکل ها برای اتصال پی ال سی به شبکه های کارخانه و اینترنت استفاده می شه.
پروتکل های اختصاصی ممکنه برای دستگاه های اختصاصی سفارشی سازی بشن. پروتکل های USB برای اتصال به درایورها و چاپگرها استفاده می شن. برای دستگاه های بی سیم، پروتکل بلوتوث ممکنه مورد استفاده قرار بگیره.
پی ال سی کجا استفاده می شه؟
PLCها برای طیف گسترده ای از فرآیندهای ماشینی خودکار استفاده می شن. مثلا کنترل آسانسور یا روشن و خاموش کردن چراغ ها در خانه های هوشمند و اینترنت اشیا رو در نظر بگیرین. پی ال سی ها برای نظارت روی دوربین های امنیتی و دستگاه های هشدار دهنده خودکار، چراغ های راهنمایی و فرآیندهای صنعتی مثل برش شیشه و کاغذ استفاده می شن.
کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی، داده های مربوط به فعالیت یک دستگاه مثل زمان کارکرد دستگاه، دمای عملیاتی و آمار استفاده رو تحت نظر داره. PLC همچنین اجرای فرآیندها رو شروع یا متوقف می کنه و در صورت خرابی دستگاه، اعلان هایی رو ایجاد می کنه.
پی ال سی ها در مونتاژ محصول، بسته بندی، کنترل حرکت، کنترل دسته ای (چندتایی)، تشخیص و آزمایش ماشین و فرآیندهای رباتیک استفاده می شن.
یک PLC چطور برنامه نویسی می شه؟
معمولا برای برنامه نویسی PLCها از منطق نردبان (Ladder Logic) استفاده می شه؛ اما گاهی اوقات از زبان های دیگه مثل نمودار بلوکی، متن ساختاریافته، نمودار توابع متوالی و فرهست دستورالعمل ها هم برای این منظور استفاده می شه.
منطق نردبانی برای بیان و مشخص کردن ساختار منطقی فرآیندها در برنامه های نرم افزاری از نمودارهای گرافیکی مبتنی بر سخت افزار مدار رله PLC استفاده می کنه. کد منطق نردبان شبیه به یک شماتیک الکتریکی هستش.
مزایای PLCها
- مزایای اون ها در درجه اول، مزایایی هستش که با حذف سیستم های کنترل منطقی سنتی و تک منظوره به دست میاد. در مقایسه با سیستم های کنترل منطق سنتی، ساخت، نصب، نگهداری و اصلاح PLCها خیلی آسون تر هستش.
- اجزای پی ال سی به سیم کشی پیچیده ای نیاز ندارن، چون منطق کنترل توسط نرم افزار پیاده سازی می شه. تغییرات و به روزرسانی ها رو می شه به راحتی با آپلود یک برنامه منطق نردبان جدید پیاده سازی کرد. تغییرات رو می شه از راه دور اعمال کرد. این در حالیه که در سیستم های منطق رله این تغییرات رو باید به صورت دستی اعمال کرد.
- کدنویسی منطق نردبان امکان توسعه سریع عبارات (Expression) منطقی پیچیده رو فراهم می کنه. برنامه نویسی PLCها نسبتا ساده هستش و از اونجایی که طراحی یک سیستم PLC ماژولاره، می شه اونها رو در پیکربندی های فیزیکی مختلف نصب کرد و با چندین دستگاه ورودی و خروجی مختلف، به راحتی قابلیت مقیاس پذیری رو ارائه میدن.
- کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی دستگاه های تخصصی هستن که برای مقاومت در برابر شرایط محیطی سخت مثل سرما و گرمای شدید و شرایط مربوط به گرد و غبار و رطوبت موجود در کارخانه ها ساخته شدن.
- یک PLC با یک سیستم عملیات بی درنگ تعبیه شده که به نگهداری خاصی نیاز داره، اما به ابزارهای کمکی تکمیلی مثل نرم افزار آنتی ویروس یا پاکسازی رجیستری که کامپیوتر شخصی استفاده می کنه، نیازی نداره.
- به دلیل ریزپردازنده بودن، زمان اجرای پی ال سی سریع تر از سیستم های کنترل منطق رله با چندین بخش مکانیکی هستش.
معایب کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی
- کد برنامه نویسی پیچیده معمولا توسط کامپیوترهای شخصی سنتی بهتر از PLCها مدیریت می شه، چون اونها به جای رویداد محوری، وظیفه محور هستن.
- با اینکه PLCها خیلی قابل اعتماد هستن، اما سیستم هایی که از اون استفاده می کنن، معمولا برای نمایش داده ها به روشی کاربرپسند به یک نمایشگر خارجی نیاز دارن.
- وقتی که خراب می شن، ممکنه به عیب یابی گسترده توسط متخصصان پی ال سی نیاز باشه.
تفاوت بین PC و PLC چیه؟
یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی معمولا به عنوان یک «کامپیوتر دیجیتال مقاوم» توصیف می شه، اما خوبه بدونین که بین این دو دستگاه چند تفاوت کلیدی وجود داره.
با اینکه برای اجرای پی ال سی به کامپیوتر شخصی نیاز داریم، کامپیوتر شخصی برای عملکرد درست به پی ال سی نیازی نداره. دلیلش اینه که اون ها با استفاده از یک میکروکنترلر اجرا می شه در حالی که یک کامپیوتر شخصی یک ریزپردازنده رو اجرا می کنه.
یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی از یک روش مبتنی بر اسکن برای اجرا کد استفاده می کنه، در حالی که کامپیوترهای شخصی از روش مبتنی بر رویداد برای اجرای کد استفاده می کنن.
ورودی های PLC سیگنال ها هستن، نه داده هایی که از درایوهای یک کامپیوتر شخصی وارد می شن. معمولا داده های یک PLC توسط کامپیوتر شخصی جمع آوری و برای ایجاد سفارش های کاری، گزارش ها و اعلان ها استفاده می شه.
سیستم عامل اون ها برای انجام وظایف کنترلی طراحی شده و به همین دلیل، برخلاف کامپیوترهای شخصی، معمولا از آنتی ویروس یا ابزارهای پاکسازی رجیستری استفاده نمی کنه.
کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی با استفاده از زبان های انحصاری یا منطق نردبان برنامه ریزی می شن. کامپیوترهای شخصی با استفاده از زبان های سطح بالا مثل جاوا یا C++ برنامه ریزی می شن.
پی ال سی ها در برابر حملات امنیت سایبری و بدافزار مصون نیستن، اما موارد گزارش شده نسبت به کامپیوترهای شخصی کمتره. دلیلش اینه که، عملکرد PLCها نسبت به کامپیوترهای شخصی محدودتر هستش.
در شرایط مشابه، پیاده سازی سیستم های PLC کوچک نسبت به کامپیوتر شخصی معمولا ارزون تر هستش. اما سیستم های بزرگ مورد نیاز برای عملیات منطقی پیچیده می تونن گرون تر باشن. از اونجایی که کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی برای شرایط محیطی سخت مناسب تر هستن، نگهداری فیزیکی اونها ارزون تر هستش.
تفاوت بین منطق رله و منطق نردبان چیه؟
مدارهای کنترل در سیستم های منطق رله باید برای هر عملکرد کنترلی به صورت کامل تنظیم یا اصطلاحا سیم کشی بشن. منطق رله بر انجام توابع منطقی و کنترلی براساس نمودارهای مدارهای الکترونیکی فیزیکی متکی هستش.
با استفاده از منطق نردبان، توابع منطق و کنترل به کمک یک PLC مبتنی بر ریزپردازنده قابل برنامه ریزی اجرا می شه. پی ال سی برنامه منطق نردبان رو در حافظه ذخیره می کنه. برخلاف سیستم های سیم کشی شده سنتی، PLCها رو می شه دوباره برنامه ریزی کرد؛ چون سیم ها و کابل های گرون قیمت نیازی به تعویض ندارن و در زمان و هزینه صرفه جویی می شه. فقط دستگاه های ورودی/خروجی در PLC به سیم کشی نیاز دارن.
تفاوت بین میکروکنترلر و ریزپردازنده چیه؟
اصطلاحات میکروکنترلر و ریزپردازنده گاهی اوقات به جای هم مورد استفاده قرار می گیره. اما باید بدونیم که این دو اصطلاح تفاوت های زیادی با هم دارن. یک تراشه ریزپردازنده فقط CPU داره؛ در حالی که میکروکنترلر از یک CPU، حافظه و ماژول های ورودی/خروجی تشکیل شده که همگی روی یک تراشه تعبیه شدن.
یک ریزپردازنده نمی تونه مستقل از اجزای دیگه مثل مدارها و حافظه اصلی، ماژول های ورودی/خروجی و نرم افزار کار کنه.
ریزپردازنده وقتی استفاده می شه که به پردازش های پیچیده نیازی نباشه؛ مثلا برای بازی و لپ تاپ و در جایی که وظیفه ای تعریف نشده باشه. یک میکروکنترلر برای کارهای تکراری و از قبل تعریف شده استفاده می شه؛ مثلا در تجهیزات الکترونیکی و ماشین های صنعتی.
میکروکنترلرها نسبت به ریزپردازنده ها ارزون تر، کوچک تر و کم مصرف تر هستن.
سخن پایانی
PLCها به کاربران اجازه میدن تا وظایف خاصی رو برای ماشین ها برنامه ریزی کنن تا با استفاده از زبان برنامه نویسی منطق نردبان اونها رو انجام بدن. پی ال سی ها برای انجام وظایف تکراری در سوله های صنعتی، اتوماسیون مقرون به صرفه ای رو امکان پذیر می کنن. اونها همچنین می تونن کارهای هوشمند مثل صدور خودکار سفارشات کار و تشخیص تجهیزات خراب رو انجام بدن.
