پی ال سی چیست و کاربرد آن در صنایع چگونه است؟

در پاسخ به این سوال که پی ال سی چیست؟ باید گفت پی ال سی یا PLC مخفف عبارت Programmable Logic Controller به معنای قطعه کنترل کننده ای است که امکان برنامه نویسی شدن را داشته باشد و بر روی آن برنامه را پیاده سازی کرد. تهیه یک پی ال سی دلتا کمک می کند تا فرآیند کار با ماشین آلات صنعتی آسانتر صورت بگیرد. اما این عبارت یک تعریف بسیار ساده و ابتدایی از پی ال سی دلتا است و برای اینکه کاملا با این قطعات بسیار معروف در اتوماسیون صنعتی آشنا شوید لازم است که به جنبه های مختلف آن بپردازیم که در ادامه به طور مفصل توضیح خواهیم داد.

پی ال سی چیست و به چه قطعه ای PLC می گویند؟

قبل از هر چیز باید تعریف کامل، واضح و مشخصی از پی ال سی داشته باشیم. پی ال سی ها نوعی کامپیوتر هستند که با هدف خاصی برای شرایط صنعتی طراحی و ساخته شده اند. منظور از شرایط خاص، رطوبت و خشکی و گرد و غبار و دماهای غیر متعارف است، تا در این مواقع بتوانند فرایندهای صنعتی را اتوماتیک کنند و به شکل اتوماسیون فعالیت کنند. برای اینکه بدانیم قبل از پیدایش پی ال سی ها، این فرایندها چطور انجام می شدند، لازم است که ابتدا کمی تاریخچه این قطعات و سیر تکامل و پیدایش آنها را بررسی کنیم.

تاریخچه پی ال سی

قبل از اینکه قطعات PLC طراحی و ساخته شوند، در صنایع مختلف، مجموعه ای از بانک رله ها یا سیستم های کنترلی به شکل رله استفاده می شدند تا دستگاه های خروجی را خاموش یا روشن کنند. برخی مواقع هم که تعداد رله ها خیلی زیاد می شد به شکل محفظه رله و بانک رله استفاده می شدند.

مشکل اصلی و بزرگ سیستم های قبل از پی ال سی این بود که فعالیت و عملکرد آنها کلا مکانیکی بود و در نتیجه بخاطر کلید زدن های پیوسته، نهایتا رله ها خراب می شدند. از طرفی عیب یابی رله ها به مراتب سختتر بود بنابراین باید دستگاه ها تا مدت نسبتا طولانی از کار خارج می شدند تا محل و نوع عیب تشخیص داده شده و رفع می شدند.

به همین دلیل نهایتا ریچارد دیک مورلی از دانشگاه MIT ایده های خود را به شکل قطعه جدیدی در آورد که ما امروزه به نام پی ال سی می شناسیم. بنابراین دلیل پیدایش این قطعات کنترلی برنامه پذیر رفع عیوب و چالش های مطرح شده بودند.

تفاوت کنترلرهای نسل قبل و قدیمی با پی ال سی چیست؟

همانطور که با تاریخچه پیدایش PLC آشنا شدید تفاوت های این قطعات با نمونه های قبلی تا حدی مشخص شدند. در این قسمت می خواهیم مفصل به این موضوع بپردازیم که فرق بین پی ال سی و کنترلرهای قدیمی چیست؟

• سیم بندی کمتری نسبت به سیستم های کنترلی قدیمی دارند
• امکان شبکه کردن و کمتر کردن مقدار سیم کشی در تابلو وجود دارد
• توان مصرفی بسیار کمتر است
• می توان عیب یابی داخلی را با سرعت و دقت زیادی انجام داد
• در صورت ضرورت، تغییر دادن سیستم کنترل یا مراحل بدون تغییر در سیم بندی امکان پذیر است
• برای تغییر برنامه ها می توانید با کمترین هزینه و با سرعت زیاد اقدام کنید
• نیازی به قطعات کمکی مثل رله، مبدل یا کانتر ندارید
• پیچیدگی و وزن تابلو کاهش زیادی پیدا می کند
• پی ال سی ها پورت های ارتباطی صنعتی دارند که انتقال اطلاعات را سریعتر می کند
• هیچ گونه نویز صوتی و الکتریکی ندارند
• با حذف فرایند عملکرد مکانیکی، استهلاک ناشی از آن از بین رفته و به تعمیر و سرویس دوره ای هم نیاز نخواهید داشت

اجزای ساختاری پی ال سی چیست؟

هر PLC از اجزای مختلفی تشکیل شده است. ساختاری که برای پی ال سی ها وجود دارد شباهت زیادی به ساختار و قطعات یک کامپیوتر پیدا کرده و شما باید اطلاعات و آشنایی کامل در این خصوص داشته باشید. در ادامه طبق تصویری که می بینید اجزای مختلف یک پی ال سی به شرح زیر هستند:

رک (Rack Mounting)

رک پی ال سی یا قفسه ای که کل ساختار پی ال سی البته از نوع ماژولار در آن قرار می گیرد نقشی مشابه با شاسی ماشین داشته و سایر اجزا مثل منبع تغذیه، پردازنده مرکزی و ماژولها را به یکدیگر وصل کرده و در نزدیکی هم قرار می دهد.

منبع تغذیه (Power Supply)

همانطور که از اسم منبع تغذیه مشخص است و همه ما با این ماژول در سیستم های کامپیوتری آشنا هستیم وظیفه تأمین برق کلیه بخش های یک سیستم را بر عهده دارد. در ابتدا برق ورودی متناوب یا AC را به جریان مستقیم یا DC تبدیل می کند و سپس به بخش های مختلف دیگر پی ال سی مثل پردازنده مرکزی و ماژول های ورودی و خروجی می فرستد. منبع تغذیه پی ال سی ها متفاوت است ولی اکثرا 24 ولت از نوع DC هستند.

پردازنده مرکزی (CPU)

پردازنده مرکزی یا CPU مثل یک سیستم کامپیوتری در پی ال سی هم مغز و هسته اصلی فعالیت ها محسوب می شود که اجرای هر تسک، برنامه و غیره را بر عهده دارد. این پردازنده مرکزی شامل یک پردازنده اصلی و دو بخش حافظه ای ROM و RAM است. حافظه ROM که فقط خواندنی است اطلاعاتی مثل سیستم عامل، درایورها و برنامه های کاربردی را ذخیره می کند. حافظه RAM برای نگهداری برنامه و داده های مختلف استفاده می شود. پردازنده مرکزی پی ال سی معمولا دو نوع است:

• پردازنده یک بیتی
• پردازنده کلمه ای

پردازنده های یک بیتی در پی ال سی ها، برای مواقعی که یک بیت برای پردازش داده ها کافی باشد استفاده می گردند مثلا برای کارهای ساده و لاجیک. اما پردازنده های کلمه ای امکان انجام کارهای پیچیده مثل پردازش متن، پردازش داده های کنترلی و محاسباتی و غیره استفاده می شوند.

به طور کلی نقش CPU در پی ال سی این است که مقادیر داده های ورودی  تطبیق یافته که از بخش ها و دستگاه های مختلف دریافت می کند را بخواند و سپس برحسب منطق خود، خروجی مدنظر را ایجاد کرده و به ماژول خروجی بفرستد که نتیجه آن انجام کاری مثل روشن یا خاموش کردن موتور و غیره خواهد بود. با این تعریف کوتاه، متوجه شدید که نقش cpu در پی ال سی چیست؟

ماژول ورودی (Input Module)

سومین بخش هر پی ال سی ماژول های ورودی هستند. ماژول های ورودی بسیار مهم هستند و عملا اگر نباشند پردازنده مرکزی قادر به درک سیگنال های فیزیکی و غیر دیجیتالی مثل دما، فشار و غیره نخواهد بود چون صرفا منطق دیجیتالی را درک می کند. بنابراین یک ماژول ورودی، سیگنال قابل درک و پردازش را به سمت CPU می فرستد. برای این منظور مبدل آنالوگ به دیجیتال در ماژول های ورودی قرار داده اند تا به عنوان مثال وضعیت دماسنج و سیگنال خروجی آن را به سیگنال قابل فهم دیجیتالی برای پردازنده مرکزی، تبدیل کند.

به عبارت دیگر و از لحاظ فنی، یک ماژول ورودی در PLC ابتدا سیگنال های دستگاه های ورودی را که از نوع AC با ولتاژ 220 ولت هستند را دریافت کرده و آنها را به 5 ولت از نوع DC تبدیل می کند. سپس پی ال سی را از نوسانات مربوط به خارج از قطعه را جدا می کند تا روی آن اثری نگذارند. در نهایت سینگال نهایی با مشخصات فته شده را به خروجی یا همان پردازشگر مرکزی می فرستد.

ماژول خروجی (Output Module)

ماژول خروجی هم عملکردی مشابه از نظر ماهیتی با ماژول ورودی دارد ولی به شکل برعکس عمل می کند. ماژول خروجی با پردازنده و بار خروجی ارتباط دارد. در این ماژول ابتدا مدار منطقی و سپس بخش تبدیل ولتاژ قرار گرفته است.

در چنین ساختاری تصور کنید که سیگنال منطقی 1 از طرف CPU به سمت ماژول خروجی برود و ال ای دی که وضعیت خروجی را نمایش می دهد شروع کند. در این حالت نور این LED به فتوترانزیستور داخل ایزولاتور رسیده و ترانزیستور در وضعیت هدایتی قرار می گیرد. در این حالت یک پالس به گیت ترایاک ارسال می گردد و برق AC برای بار خروجی آماده می گردد.

قطعه برنامه نویسی (Programming Unit)

این قسمت وظیفه ارسال برنامه نوشته شده به حافظه پردازنده مرکزی را بر عهده دارد. در واقع برنامه ای که برای پی ال سی نوشته می شود ابتدا وارد این قسمت و سپس وارد حافظه CPU در پی ال سی می گردد.

ماژول ارتباطات (Communication)

ماژول های ورودی و خروجی موظف هستند که اطلاعات را بین PLC و شبکه های ارتباطی منتقل کنند. برای مرتبط شدن با دستگاه های خارجی، در پی ال سی از استاندارد پیشنهادی RS-232 استفاده می شود. این استاندارد از یک کد باینری برای خواندن و نوشتن اطلاعات به فرمت ASCII استفاده می کند.

در سطح کنترلی، پی ال سی ها در سطح فیزیکی با اجزای زمینه ارتباط برقرار کرده و برای این منظور از پروتکل های ارتباطی مختلف بسته به نوع بخش یا ساختار استفاده می کنند. همچنین برای ارتباط گرفتن با شبکه ها و دستگاه های وایرلس هم از پروتکل های ارتباطی متفاوتی استفاده می کنند.

پروتکل ارتباطی سریالی Modbus RTU پروتکلی است که اکثرا در شبکه های ارتباطی صنعتی برای انتقال اطلاعات در مسافت های طولانی استفاده می شود. با این حال سرعت و عملکرد عالی پروتکل های اترنت را ندارند. پروتکل های اترنتی که در پی ال سی ها استفاده شده شامل اترنت TCP/IP، Modbus TCP/IP و Profinet هستند که برای اتصال به شبکه های کارخانجات و صنایع و اتصال به اینترنت لازمند.

باس های سیستم (System Bus)

منظور از باس، راه های عبور سیگنال های دیجیتال در پی ال سی است و بر این اساس 4 نوع مختلف از سیستم باس وجود دارند.

• باس دیتا که به کمک سی پی یو برای منتقل ساختن دیتا در بخش های مختلف استفاده می شود.
• باس کنترل که فقط وظیفه انتقال سیگنال های مرتبط با عملکردهای کنترلی داخلی را بر عهده دارد.
• باس آدرس که آدرس هر موقعیت را برای دسترسی به دیتا ارسال می کند.
• باس سیستم که وظیفه ارتباط برقرار ساختن بین پورت های ورودی و خروجی و واحد I/O را دارد.

پی ال سی چطور کار می کند؟

اکنون که با پی ال سی آشنا شدید و سیر پیدایش آن را متوجه شدید اولین موردی که باید به آن دقت کنید نحوه عملکرد پی ال سی است. اساسا این قطعات چطور کار می کنند و در یک سیستم نحوه عملکرد به چه صورت است؟ در ادامه به شکل مختصر و مفید توضیح می دهیم که یک PLC چطور کار می کند؟

انجام تنظیمات کانفیگوراسیونی اولیه برای عملکرد و کارکرد صحیح و اصولی پی ال سی ها ضروری است. برای این منظور باید در نرم افزار مربوطه مواردی مثل شرکت سازنده، پورت های ورودی و خروجی و غیره مشخص شوند و به اصطلاح پیکربندی صورت بگیرد. پس از اینکار چرخه عملکرد پی ال سی به شکلی که در ادامه توضیح می دهیم انجام می گیرد:

• سیستم عامل پی ال سی با رصد زمانی چرخه عملکرد را شروع می کند که اصطلاحا به آن مانیتورینگ زمانی هم می گویند.
• پردازنده مرکزی یا CPU داده های دریافتی از ماژول ورودی را خوانده و وضعیت آنها را بررسی می کند.
• در این مرحله پردازنده مرکزی پی ال سی برنامه ای که برای آن نوشته شده را اجرا می کند. زبان برنامه نویسی پی ال سی نیز متفاوت است که به شکل جداگانه صحبت کرده ایم.
• پس از اجرای برنامه ها و دستورات از پیش تعیین شده، CPU در پی ال سی شروع به انجام فعالیت و وظایف داخلی خود خواهد کرد.
• نتیجه برنامه اجرا شده تا این مرحله، داده های آن در ماژول خروجی توسط پردازنده نوشته می شود و وضعیت همه خروجی ها بروزرسانی می گردد.
• این چرخه پیوسته تکرار می شود مادامی که فاز اجرایی و عملکردی پی ال سی صحیح باشد و پیکربندی به خوبی صورت گرفته باشد.

در صنایع مختلف کاربرد پی ال سی چیست؟

در مورد پی ال سی اطلاعات کافی تا به اینجا کسب کردید و اکنون باید در مورد کاربرد پی ال سی صحبت کنیم. PLC کاربردهای گسترده ای دارد و تقریبا می توان گفت کمتر صنایعی را می توان پیدا کرد که در آن پی ال سی کاربرد نداشته باشد. ما در ادامه به چند مورد از معروف ترین نمونه های کاربرد PLC اشاره می کنیم:

صنایع کاغذ

در صنایع کاغذ از پی ال سی ها در ماشین آلات تولید کننده کاغذ با سرعت بالا استفاده می کنند. به عنوان مثال در چاپ افست تنظیم کننده سرعت چاپ صفحات است.

صنایع ساخت شیشه

در صنایع شیشه از پی ال سی برای اتوماتیک کردن فرایندها و تسهیل فرایند پیچیده تولید شیشه استفاده می کنند. با این کار هم دقت و هم سرعت فرایند تولید انواع شیشه بالا می رود. به عنوان مثال پی ال سی ها می توانند دقت انجام فرایندها و نسبت مواد را کنترل کنند.

صنایع سیمانی

در صنایع سیمانی بسیار مهم است که نوع مواد اولیه، کیفیت آنها و نسبت اختلاط و میزان حرارت در کوره به طور کامل و دقیق برطبق استانداردها تنظیم و کنترل شود. تنها با کنترل دقیق این موارد می توان اطمینان حاصل کرد که سیمان و سایر فرآورده کیفیت بالایی دارند. در اینجا پی ال سی ها وارد می شوند و با رصد و کنترل دقیق هر یک از موارد گفته شده، کیفیت و سرعت کار را بالا می برند.

صنایع خودروسازی

در این صنایع برای تست قطعات و تجهیزات مختلف، ربات های رنگ پاش، فرم دادن بدنه با پرس اتومبیل، سوراخ کاری و متصل ساختن قطعات از پی ال سی استفاده می کنند.

صنایع غذایی

در سیستم های عصاره گیری و بسته بندی از PLC استفاده می کنند.

صنایع پلاستیک سازی

در صنایع پلاستیک سازی هم از پی ال سی استفاده می کنند و عمده کاربرد آن در ماشین های قالب گیری تزریقی، ماشین های ذوب، دمیدن هوا، سیستم های تولید و آنالیز است.

صنایع حمل و نقلی

در این صنایع در تجهیزات، سیستم ها و ماشین آلاتی مثل جرثقیل، نوار نقاله و غیره از پی ال سی استفاده می شود.

صنایع شیمیایی

در صنایع شیمیایی از پی ال سی به منظور دقت عملکرد سیستم های مخلوط سازی و دستگاه های ترکیب کننده استفاده می کنند.

صنایع مبدل انرژی

در ایستگاه های تقویت فشار گاز، تولید نیرو، تصفیه آب، بازیافت گاز، کنترل کردن پمپ های آب و غیره از این قطعات کمک می گیرند.

صنایع ماشینی

در صنایع ماشینی مختلف مثل سیستم هایی که برای جوش فلزات استفاده می شوند، سیستم های اعلام خطر و هشدار حریق، سیستم های مخصوص سوراخ کاری و بسته بندی و غیره وابستگی زیاد به پی ال سی مشهود است.

نکات کار با پی ال سی چیست؟

در صنایعی که از پی ال سی استفاده می کنند همیشه خطراتی وجود دارد که دلیل آن هم وجود ولتاژ و جریان کاری بالاست و حتی برخی مواقع ممکن است تجهیزات یا ماشین آلات خودبخود شروع به کار کنند. در ادامه یکسری نکات و دستورالعمل ها را بیان کرده ایم که هنگام کار با PLC باید حتما رعایت کنید:

نکات ایمنی برقی

تمامی اصول و دستورالعمل های ایمنی برقی باید رعایت شوند مثلا از دستکش های پلاستیکی، چشم بندهای ایمنی و اتصال به زمین حرفه ای و اصولی استفاده کنید.

ایزوله سازی و ایمن سازی

قبل از کار با سیستم های دارای PLC لازم است که حتما پروسه های ایزوله سازی و ایمن سازی را انجام داده باشید تا از شروع به کار خودبخودی و یا اثر پذیرفتن از سیگنال ها و مشکلات سایر دستگاه ها مصون باشند.

تقویت مهارت و دانش فنی

کار با پی ال سی باید حتما توسط پرسنل آموزش دیده، مجرب و حرفه ای انجام شود تا علاوه بر آشنایی کامل با نحوه کار و عملکرد، شیوه عیب یابی و تعمیرات هم بدانند.

انطباق با استانداردهای جهانی

برای کار با PLC لازم است که قبل از خرید مطمئن باشید تا تمامی استانداردهای جهانی مربوطه مثل NEC، IEC و OSHA در مورد آن تأییدیه های لازم را صادر کرده باشند.

طراحی ایمن

طراحی ایمن مثل شیلد گذاری و اتصال به زمین، مدارهای ایمن و سوئیچ های توقف اضطراری لازمه کار با پی ال سی ها محسوب می شود.

بررسی و عیب یابی منظم

بررسی و عیب یابی منظم سیستم های دارای پی ال سی برای کار کردن ایمن پرسنل لازم الاجرا هستند. با اجرای دستورالعمل های ایمنی خطرات و آسیب های احتمالی به سیستم ها و تجهیزات و حتی پرسنل بسیار کاهش می یابد.

جمع بندی

در این مطلب به طور کامل در خصوص پی ال سی و کاربردهای آن، بخش های سازنده و تفاوت آن با قطعات قدیمی تر و کارکرد هر یک از بخش های ساختاری آن آشنا شدید. قطعا در صنایعی که مشغول به فعالیت هستید برای تضمین کیفیت و سرعت کار نیاز به قطعات PLC خواهید داشت. برای این منظور می توانید جهت خرید تجهیزات اتوماسیون صنعتی و اطلاع از قیمت پی ال سی به صفحه مجموعه آزند اتوماسیون مراجعه کرده و از کارشناسان ما نیز مشاوره فنی رایگان بگیرید.اگر به گوشتان DCS خورده و برایتان در آخر مقاله سوال پیش آمده تفاوت PLC و DCS در چیست حتما برای خواندن مقاله با عنوان تفاوت PLC و DCS در اتوماسیون صنعتی وقت کوتاهی بگذارید.

ما سعی کردیم به زبان ساده شرح دهیم پی ال سی چیست و کاربرد های آن در صنایع مختلف چگونه است؟ ؛اگر برای شما سوال رایجی چون تفاوت پی ال سی و اچ ام آی در چیست در ذهنتان شکل گرفته است به شما پیشنهاد می کنیم به مقاله تفاوت ‏PLC‏ و ‏HMI‏ در اتوماسیون صنعتی چیست؟ مراجعه کنید.