مقاله بررسی سیستم کنترل در 24 صفحه ورد قابل ویرایش

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.


کنترل‌کننده‌های قابل برنامه‌ریزی (PLC)ها:

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 برنامه‌رزی 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.

PLCها، کامپیوترهایی ساخته شده به منظور خاص هستند که شامل سه قسمت اجرایی اصلی می‌باشند: پردازش، 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 دستنده 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. اما به منظور ارزیابی و محک مناب 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.

- ماژول تغذیه:

دارای دو سایز 72*90*55 میلیمتر و 126*90*55 میلیمتر می‌باشد. با ورودی 85-246 ولت برای کارهای متفاوت در توانهای پائین مناسب است و دارای خروجی با رنجهای زیر می‌باشد:

لازم به ذکر است که این ماژولها علاوه بر Expand شدن به لوگو در موارد دیگر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کارتهای حافظه:

آبی: قابل خواندن و نوشتن- عدم حفظ برنامه در هنگام قطع برق

زرد: قابل خواندن و نوشتن- حفظ برنامه در هنگام قطع برق

قرمز: فقط خواندنی- حفظ برنامه در هنگام قطع برق

کابل pc: به منظور اتصال ساده و مستقیم LOGO و pc جهت انتقال برنامه از LOGO به pc یا برعکس مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سیم‌بندی:

در هنگام سیم بندی LOGO میبایست استاندارد زیر و موارد زیر رعایت شوند:

میبایست قطر سیم مصرفی 1.5 یا 2.5 باشد.

کوتاهترین فاصله برای سیم‌بندی در نظر گرفته شود.

مدارات AC, high voltage با سیکلهای کلیدزنی سریع و سیم‌هیا سیگنال low voltage از هم ایزوله شوند.

در صورت استفاده از برق سه فاز هر گروه از ورودیها به یک فاز خاص متصل شوند. برای یک گروه نمی‌توان از دو فاز اسفتاده کرد.

در LOGO نیاز به سیم ارت نیست. (بجز دو مورد زیر)

کارتهای آنالوگ باید زمین شوند.

در مدلهای 12/24 به دلیل نداشتن ایزولاسیون نیاز به زمین است.

برای ورودیهای آنالوگ از کابلهای بهم تابیده شده و حتی‌المقدور کوتاه استفاده نمائید.

از اتصال فازهای مختلف به ورودیهای LOGO پرهیز شود.

در LOGO با ورودی آنالوگ ورودیهای 7 و 8 نباید برای دیجیتال بکار برده شود.

15 و 16 برای ورودیهای سریع بکار می‌رود.

ماژولهای افزایشی ورودی سریع ندارند.

برای اتصال منبع تغذیه باید به مدارک موجود در قطعه برای سیم‌بندی توجه شود و از اتصال مازی منبع تغذیه و خروجی D.C بعلت وجود جریان معکوس پرهیز شود.

مدل 230 تغذیه مناسب برای ولتاژهای نامی 115V AC/DC؛ V 240 AC/DC می‌باشد، و مدلهای 12 و 24 ولت آن مناسب با ولتاژ 12 ولت DC و 24 ولت DC/ AC می‌باشد. در تغذیه DC استفاده از فیوز برای حفاظت لازم می‌باشد.

برنامه‌نویسی:

ماژول LOGO براساس قوانین مدارات منطقی کار می‌کند و شرایط برنامه‌پذیری آن به ورودیهای یک برنامه بستگی دارد و برنامه‌ریزی از دو طریق امکان‌پذیر است:

الف- با استفاده از نرم‌افزار خود LSC (LOGO SOFT COMFORT روی PC و انتقال آن از طریق کابل رابط به LOGO که در V3.1 این نرم‌افزار دو زبان برنامه‌نویسی FBD و LDD در دسترسی می‌باشد. با اجرای برنامه SETUP برنامه LSC از روی CD برنامه اجرا شده و به سادگی نصب می‌گردد (روی PC).

ب- بصورت محلی و با استفاده از کلیدهای روی دستگاه (در مدلهائی که DESPLAY هستند).

در هر دو نوع برنامه‌نویسی Connectorها و Blockها وجود دارند.

(Connectors) شامل همه اتصالات و حالتها در LOGO می‌باشند مانند ورودیها خروجیها MEMORY MARKERها و سطوح ثابت ولتاژ.

Blocks: توابعی هستند که اطلاعات ورودی را به خروجی تبدیل می‌کنند و شامل توابع منطقی (basic Function) و توابع ویژه (Special funcion) می‌باشند. BF شامل AND, OR, NAND و … می‌باشند و SFها شامل COUNTER TIMERو … می‌باشند.

ورودیها:

ورودیهای دیجیتال: تنها دارای سطح صفر و یک می‌باشند.

وردیهای آنالوگ: LOGOهای RCO, 12/34 RC, 2424/12 دارای ورودی آنالوگ می‌باشند.

ورودیهای AS-I ورودیهای IA1 تا IA2 برای ارتباط از طریق باس AS-I در LOGOهائی که اتصال AS-I را دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.

خروجیها:

خروجیهای LOGO از نوع دیجیتال می‌باشند و QA1 تا QA4 برای ارتباط از طریق باس AS-I با مدلهائی از LOGO که اتصال AS-I دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.

MEMORY BIT (MARKER)ها:

با حرف M مشخص می‌شوند. خروجیهای مجازی می‌باشند که همان مقدار ورودی را در خروجی خود دارند. در LOGO هشت عدد MARKER وجود دارد.

STARTUP FLAG:

در اولین سیکل از برنام 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 استفادهه 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.