با توجه به پیشرفت بسیار سریع تکنولوژی و وجود رقابت‌های شدید در بین صنعتگران دو مقولة دقت و زمان در انجام کارهای تولیدی و خدماتی بسیار مهم و سرنوشت ساز شده است. دیگر سیستم‌های قدیمی جوابگوی نیازهای صنعت توسعه یافتة امروز نبوده و بکار بردن سیستمهایی که با دخالت مستقیم نیروی انسانی عمل می کنند، امری نامعقول می‌نمود. چرا که در این موارد دقت و سرعت عمل سیستم بسیار پایین و وابسته به نیروی کاربر است. بنابراین ماشین‌های هوشمند و نیمه‌هوشمند وارد بازار صنعت شدند. و بعد از مدتی آنچنان جای خود را پیدا کردند که علاوه بر زمینه‌های صنعتی در کارهای خدماتی نیز جایگاه ویژه‌ای یافتند. کنترل سیستم‌های بسیار پیچیده‌ای که قبلاً غیرممکن بود براحتی انجام می‌گرفت . مکانیزه کردن سیستم‌ها و ماشین آلات (اتوماسیون صنعتی ) مقوله بسیار مهم و پرطرفداری شده و نیاز به آن هر روز بیشتر و بیشتر مشهود می‌شود . اتوماسیون صنعتی در زمینه‌های بسیار گسترده‌ای کاربرد دارد از مکانیزه کردن یک ماشین بسیار سادة کنترل سطح گرفته تا مکانیزه نمودن چندین خط تولید و شبکه کردن آنها با هم . با نگاهی به محیط اطراف‌مان می‌توانیم نمونه‌های بسیار زیادی از کاربرد اتوماسیون ا را در اغلب زمینه‌ها پیدا کنیم.. در اتوماسیون واحدهای مسکونی جدید ، در شبکه‌های مخابراتی ، در سیستم‌های دفع فاضلاب ، سیستم توزیع برق ، کارخانجات مختلف و ...
در یک سیستم اتوماسیون شده کنترل پروسه توسط ماشین انجام می‌شود و در این سیستمها دخالت انسان به حداقل و در برخی موارد به صفر رسیده است. سیستم با گرفتن سیگنالهای ورودی از قطعاتی نظیر سنسورهای تشخیص فشار ، رنگ ، سطح مایعات ، قطعات فلزی ، سنسورهای دما ، میکرو سوییچ‌ها ، کلیدها و شستی‌ها ، واسط ‌های کاربر با ماشین و... وضعیت موجود را حس کرده و بررسی می‌کند و سپس در مورد عکس‌العمل ماشین تصمیم‌گیری کرده و فرمانهای لازمه را به قطعات خروجی که تحت کنترل ماشین هستند اعمال می‌کند. با توجه به مواردی که ذکر شد می‌توان ساختار یک سیستم اتوماسیون را بدین صورت لیست نمود:

• قطعات ورودی شامل سنسورها ، سوییچ‌ها ، ...
• قطعات خروجی مثل موتور ، پمپ ، شیربرقی ، نشانگرها ...
• یک کنترلر داخلی با CPU برای پردازش داده‌ها و اجرای برنامة کنترلی سیستم و حافظه برای ذخیره نمودن برنامة کنترلی و اطلاعات دریافتی از قطعات ورودی

یک واسط بین کاربر و ماشین Human Machine Interface ( در مواردی که نیاز به انجام تنظیمات توسط کاربر داریم و یا می‌خواهیم یکسری اطلاعات و آلارم‌ها را به‌ اطلاع کاربر برسانیم

مقاله بررسی اتوماسیون صنعتی (PLC) در 31 صفحه ورد قابل ویرایش

فهرست

عنوان صحفه

مقدمه..................................................................................................................... 1

کنترل کننده های قابل برنامه‌ریزی (PLC) ها........................................................ 2

برنامه نویسی (PLC) ها........................................................................................ 7

PLCهای زیمنس.................................................................................................... 11

PLC لوگو.............................................................................................................. 14




مقدمه:

هر سیستم کنترلی را به سه بخش اصلی می‌توان تقسیم کرد: ورودی، بخش پردازشگر و خروجی. سیگنالهای ورودی توسط مبدل‌ها که کمیت‌های فیزیکی را به سیگنال‌های الکترونیکی تبدیل می‌کنند فراهم می‌شوند. یک سیستم کنترل باید بتواند بر طریقه عملکردی یک فرآیند دخالت و تسلط داشته باشد. این کار با استفاده المان‌های خروجی، از قبیل پمپ‌ها، موتورها، پیستون‌ها، رله‌ها و … انجام می‌شود.

یک طرح کنترلی به دو روش قابل اجرا است:

با استفاده از سیستم‌های کنترل غیرقابل تغییر توسط اپراتور و نیز با استفاده از کنترل کننده‌های قابل برنامه‌ریزی.

رله‌ یکی از قطعات مهم در بیشتر سیستم‌های کنترل مدرن است. این قطعه‌ یک سوئیچ الکتریکی با ظرفیت جریانی بالاست. یک سیستم رله‌ای ممکن است شامل چند صدیا حتی چند هزار کنتاکت باشد.

PLCها به عنوان جانشینی برای سیستم‌های منطقی رله‌ای و تایمری غیرقابل تغییر توسط اپراتور طراحی شدند تا به جای تابلوهای کنترل متداول قدیمی استفاده شوند. این کار به وسیله برنامه‌ریزی آن‌ها و اجرای دستورالعمل‌های منطقی ساده که اغلب به شکل دیاگرام نردبانی است، صورت می‌گیرد. PLCها دارای یک سری توابع درونی از قبیل: تایمرها و شمارنده‌ها و شیفت رجیسترها می‌باشند که امکان کنترل مناسب را‏، حتی با استفاده از کوچک‌ترین PLC نیز، فراهم می‌آورند.

یک PLC با خواندن سیگنال‌های ورودی، کار خود را شروع کرده و سپس دستورالعمل‌های منطقی (که قبلاَ برنامه‌ریزی شده و در حافظه جای گرفته است) را بر روی این سیگنال‌های ورودی اعمال می‌کند و در پایان، سیگنال‌های خروجی مطلوب را برای راه‌اندازی تجهیزات و ماشین‌آلات تولید می‌نماید. تجهیزات استانداردی درون PLCها تعبیه شده‌اند که به آن‌ها اجازه می‌دهد مستقیماَ و بدون نیاز به واسطه‌های مداری یا رله‌ها، به المان خروجی یا محرک (actuator) و مبدل‌های ورودی (مانند پمپ‌ها و سوپاپ‌ها) متصل شوند.

با استفاده از PLCها، اصلاح و تغییر یک سیستم کنترل بدون نیاز به تغییر محل اتصالات سیم‌ها ممکن شده است.

برخی ویژگی‌های خاص، آن‌ها را ابزاری مناسب جهت انجام عملیات کنترل صنعتی نموده است. برخی از این ویژگی‌ها عبارتند از:

l تجهیزات حفاظت کننده‌ها PLCها از نویز و شرایط نامساعد محیطی

l ساختار PLCها، که به سادگی امکان تعویض یا افزودن واحد یا واحدهایی را به PLC می‌دهد. (مثلاَ واحد ورودی/ خروجی)

l اتصالات استاندارد ورودی/ خروجی و نیز سطوح سیگنال استاندارد

l زبان برنامه‌نویسی قابل درک و آسان (مانند دیاگرام نردبانی یا نمودار وظایف)

محدوده PLCهای در دسترس، از PLCهای جامع و کامل کوچک با 20 ورودی/ خروجی و 500 مرحله یا گام برنامه‌نویسی تا سیستم‌های مدولار با مدول‌های قابل افزایش را دربرگرفته است مدول‌ها برای انجام وظایفی نظیر:

l ورودی/ خروجی آنالوگ

l کنترل PID (تناسبی، انتگرال‌گیر و مشتق‌گیر)

l ارتباطات

l نمایش گرافیکی

l ورودی/ خروجی اضافی

l حافظه‌های اضافی و … استفاده می‌شوند.


کنترل کننده های قابل برنامه‌ریزی (PLC)ها:

PLCها، کامپیوترهایی ساخته شده به منظور خاص هستند که شامل سه قسمت اجرایی اصلی می‌باشند: پردازش‌گر، ورودی/ خروجی و حافظه. سیگنال‌ها از طریق ورودی به PLC فرستاده شده و آن‌گاه در حافظه، ذخیره می‌شوند. سپس سیگنال‌های خروجی به منظور راه‌اندازی تجهیزات مورد نظر، تولید می‌شوند.

در PLCهای کوچک‌تر، این عملیات توسط کارت‌های ویژه‌ای انجام می‌گیرند که به صورت واحدهای بسیار فشرده‌ای ساخته شده‌اند، در حالی که ساختار PLCهای بزرگتر به صورت مدولار با مدول‌هایی که بر روی شیارهای تعبیه شده بر روی دستگاه نصب می‌شود، بنا گردیده است. این امر امکان توسعه سیستم را- در صورت ضرورت- به سادگی فراهم می‌آورد. در هر دوی این موارد بوردهای مداری ویژه‌ای، به سادگی تعویض یا برداشته می‌شود و امکانات تعمیر سیستم نیز به سادگی فراهم می‌آید.

CPU بر تمام عملیاتی که در PLC رخ می‌دهد‏، کنترل و نظارت دارد و دستورالعمل‌های برنامه‌ریزی شده و ذخیره شده را اجرا می‌کند.

تمام PLCهای مدرن برای ذخیره برنامه از حافظه‌های نیمه هادی مانند EPROM, RAM یا EEPROM استفاده می‌کنند.

عملاَ از RAM برای تکمیل برنامه مقدماتی و تست آن استفاده می‌شود، زیرا که امکان تغییر و اصلاح راحت برنامه را فراهم می‌آورد.

پس از این که یک برنامه تکمیل شد و مورد آزمایش قرار گرفت می‌توان آن را در PROM یا EPROM، که اغلب ارزانتر از قطعات RAM می‌باشند، بار (Load) کرد. برنامه‌ریزی PROM معمولاَ توسط یک برنامه‌ریز مخصوص صورت می‌گیرد.

PLC‌های کوچک معمولاَ تا حدی به دلیل ابعاد فیزیکی دستگاه دارای حجم حافظه محدود و ثابتی می‌باشند. حجم این حافظه‌ها بسته به تولیدکننده آن‌ها بین 300 تا 1000 دستورالعمل متفاوت است. این حجم حافظه ممکن است کمتر از آنی به نظر آید که مناسب جهت امور کنترلی باشد‏، اما تقریباَ حدود 90 درصد عملیات مورد نیاز کنترل‌های دودویی با کمتر از 1000 دستورالعمل قابل اجرا می‌باشند. بنابراین فضای حافظه لازم برای بیشتر کاربردها فراهم خواهد آمد.

PLCهای بزرگتر از مدول‌های حافظه‌ای استفاده می‌کنند که بین K1 تا K64 فضای حافظه را فراهم می‌آورند. این مدول‌ها امکان گسترش سیستم را با افزودن کارت‌های حافظه RAM یا PROM به PLC فرام می‌آورند.

معیار اولیه مشخص کننده اندازه PLCها، در قالب حجم حافظه برنامه و حداکثر تعداد ورودی و خروجی‌هایی که سیستم قادر به پشتیبانی از آن‌هاست ارائه می‎شود. اما به منظور ارزیابی و محک مناسب هر PLC، باید خصوصیات دیگری از آن، از قبیل نوع پردازشگر، زمان اجرای یک سیکل برنامه، تسهیلات زبان برنامه‌نویسی، توابع (از قبیل شمارنده، تایمر و …) قابلیت توسعه و … را نیز در نظر بگیریم.

معمولاَ، PLCهای کوچک و «مینی PLCها» به صورت واحدهای قدرتمند، کارآ و فشرده‌ای طراحی می‌شوند که قابل جاسازی بر روی، یا کنار تجهیزات تحت کنترل باشند. آن‌ها عمدتاَ به عنوان جایگزین سیستم‌های رله‌ای غیرقابل تغییر توسط اپراتور، تایمر، شمارنده و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند تا بخش‌های مجزا و منفرد کارخانجات یا ماشین‌آلات را کنترل کنند، اما می‌توان آن‌ها برای هماهنگ کردن عملکرد چند ماشین در تلفیق با یکدیگر سود جست.

PLCهای کوچک قادر به توسعه تعداد کانال‌های ورودی و خروجی با استفاده از یک یا دو مدول ورودی/ خروجی می‌باشند.

PLCهای بزرگ برای استفاده در کارخانجات عظیم یا ماشین‌های بزرگی که به کنترل پیوسته نیازمندند، طراحی شده‌اند.

همچنین آن‌ها به عنوان کنترل کننده‌ ناظر آن نظارت (monitor) و کنترل کردن چندین PLC دیگر یا سایر ماشین‌های هوشمند به کار می‌روند.

در PLC‌های بزرگ از:

l پردازشگر 16 بیتی به عنوان پردازشگر اصلی جهت محاسبات دیجیتالی و همچنین به کارگیری متن.

l پردازشگرهای تک‌بیتی به عنوان پردازشگر همکار برای محاسبه سریع‏، ذخیره‌سازی و …

l پردازشگرهای جانبی، برای انجام وظایف اضافی که تابع زمان می‌باشند مانند:

کنترل حلقه بسته PID ، کنترل موقعیت، محاسبات عددی با ممیز شناور، تشخیص عیب و رصد ، ارتباطات بین ماشین‌های هوشمند برای ورودی/ خروجی توزیع شده، دیاگرام‌های تقلیدی از وضعیت فرآیند یا دیاگرام‌های فرآیندنما ، نصبگاه‌های ورودی/ خروجی با فاصله دور استفاده می‌شود.

STARTUP FLAG:

در اولین سیکل از برنامه مصرف کننده تنظیم می‌شود و متوالیاَ بعنوان STARTUP FLAG در برنامه مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین M8 می‌تواند مانند دیگر MARDERها در برنامه مورد استفاده قرار گیرد.

FIXED LEVE:

با HI=1, LO=0 مشخص می‌شوند.

OPEN CONINECTOR (X):

در مواردی که نیاز به سیم‌بندی نمی‌باشد از این پایه استفاده می‌شود.

از مزایای این برنامه این است که می‌توان انواع مدارات را طراحی و در کامپیوتر شخصی تست کرد حتی بدون داشتن LOGO.

برای برنامه‌نویسی می‌توان از دو زبان برنامه‌نویسی که در این نرم‌افزار پس از طراحی به یکدیگر تبدیل می‌شوند استفاده نمود.

BFها توابع خواصی می‌باشند که با منطقی خاص ورودی/ خروجی را بهم ارتباط می‌دهند. پایه‌های بکار رفته در این توابع شامل ورودی 1 خروجی Q یا X می‌باشند. در جایی که نیاز به سیم‌بندی پایه نباشد از X استفاده می‌شود این توابع شامل:

AND:

از لحاظ مداری ارتباط سریال تعدادی کنتاکت Normally open می‌باشند و خروجی در صورتی یک می‌شود که کلیه ورودیها یک باشند.

AND WI TH RLO:

شکل سمت چپ در این تابع خروجی در صورتی یک می‌شود که همه ورودیها باشند و حداقل یک ورودی در سیکل قبلی حالت صفر داشته باشد.

NAND:

شامل اتصال موازی تعداد کنتاکت Normaly clos می‌باشد و خروجی زمانی یک می‌شود که همه ورودیها یک باشند.

AND WI TH RLO:

خروجی ANND زمانی یک می‌شود که حداقل یک وروی حالت صفر داشته باشد و همه ورودیها در سیکل قبل یک باشند.

OR:

شامل اتصال موازی تعداد کنتاکت Normaly open می‌باشد و خروجی زمانی یک می‌شود که حداقل یکی از ورودیها یک باشند.

NOR:

اتصال سریال تعدادی کنتاکت Normaly close می‌باشد و خروجی زمانی یک می‌شود که همه ورودیها صفر باشند و با یک شدن هر یک از ورودیها خروجی صفر می‌شود.

XOR:

اتصال دو کنتاکت Changeover می‌باشد و خروجی زمانی یک است که ورودیها حالت متفاوت داشته باشند. (هر دو یک یا صفر باشند خروجی صفر است).

ضمناَ گیت NOT هر چه در ورودی باشد عکس آنرا در خروجی اعمال می‌کند.

Specal function:

از لحاظ ورودیها با BFها متفاوتند و شامل توابع زمانی retentivity و انتخاب پارامترهای مختلف برای Update کردن برنامه باشد.

S(set): اجازه یک کردن خروجی را می‌دهد.

R (reset): بر همه ورودیها تقدم دارد و خروجی را صفر می‌کند.

Trg (tigger): برای شروع اجرای عملیات یک تابع استفاده می‌شود.

Con (counter): شمارش پالس را انجام می‌دهد.

Fre (frequency): سیگنالهای فرکانس سنجیده شده به این ورودی داده می‌شود.

Dir (direction): جهتی را که شمار نه باید شمارش نماید مشخص می‌کند.

En (enabel): تابع را فعال می‌کند در صورت صفر بودن En ورودیهای دیگر برای بلوک در نظر گرفته می‌شود.

Inv (ivert): با فعال شدن سیگنال خروجی بلوک معکوس می‌شود.

Rel (reset all): همه مقادیر داخلی reset می‌شود.

X: در صورت در نظر گرفتن این کانکتور برای Sf ، مقدار صفر برای آن در نظر گرفته می‌شود.

این کتاب ابتدا تصویری کلی از PLC ترسیم می کند سپس بحث را بصورت تخصصی در مورد پیکربندی و برنامه نویسی PLCهای سری S7 زیمنس دنبال می کند.در این کتاب پیکربندی سخت افزار و برنامه نویسی به زبانهای LAD و STL و FBD بطور مفصل بیان شده است.