بررسی اصول کار کنترل کننده های صنعتی PLC- در 25صفحه-docx

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات


امروزه در بين كشورهاي صنعتي ، رقابت فشرده و شديدي در ارائه راهكارهايي براي كنترل بهتر فرآيندهاي توليد ، وجود دارد كه مديران و مسئولان صنايع در اين كشورها را بر آن داشته است تا تجهيزاتي مورد استفاده قرار دهند كه سرعت و دقت عمل بالايي داشته باشند. بيشتر اين تجهيزات شامل سيستم‌هاي استوار بر كنترلرهاي قابل برنامه‌ريزي (Programmable Logic Controller) هستند. در بعضي موارد كه لازم باشد مي‌توان PLCها را با هم شبكه كرده و با يك كامپيوتر مركزي مديريت نمود تا بتوان كار كنترل سيستم‌هاي بسيار پيچيده را نيز با سرعت و دقت بسيار بالا و بدون نقص انجام داد.
قابليت‌هايي از قبيل توانايي خواندن انواع ورودي‌ها (ديجيتال ، آنالوگ ، فركانس بالا...) ، توانايي انتقال فرمان به سيستم‌ها و قطعات خروجي ( نظير مانيتورهاي صنعتي ، موتور، شير‌برقي ، ... ) و همچنين امكانات اتصال به شبكه ، ابعاد بسيار كوچك ، سرعت پاسخگويي بسيار بالا، ايمني ، دقت و انعطاف پذيري زياد اين سيستم‌ها باعث شده كه بتوان كنترل سيستم‌ها را در محدوده وسيعي انجام داد. شاید تا به حال نام اتوماسیون صنعتی،فرآیند و آشناتر از همه PLC را شنیده باشید.اما آیا تا به حال به مفهوم این لغات فکر کرده اید؟

تعاریف:

فرآیند: منظور از فرآیند مجموعه کارهایی است که بوسیله مجموعه عناصری روی مواد اولیه صورت می گیرد و ماده یا مواد دیگری را با تغییرات فیزیکی یا شیمیای تولید کند.

بطور مثال:

- فرآیند تولید کاغذ

- فرآیند تولید رنگ از ترکیب کردن مواد مختلف شیمیایی

برای کنترل قطعاتی که در فرآیند به کار گرفته می شود در دهه های گذشته اذ مدارات الکترومکانیکی یا سیتمهای پنوماتیکی استفاده می شده است.که می توان از آن میان به مدارات فرمان رله ای اشاره کرد.با پیشرفت علم الکترونیک و انقلاب نیمه هادی ها و میکروپروسس ها در آن کم کم انسان برای بالا بردن کیفیت و افزایش و بهینه سازی محصولات در کارخانه جات صنعتی انسان به فکر به کار گیری کامپیوتر ها در صنعت افتاد.

اتوماسیون صنعتی: به بهره گیری از کامپیوتر و وسایل الکترونیکی قابل برنامه ریزی(مانند PLC ) به منظور کنترل ماشین آلات صنعتی در اجرا یک فرآیند در صنعت که قبلا توسط انسان انجام می پذیرفت اتوماسیون صنعتی گفته می شود.

:PLC(Programmable Logic Controller) یا کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی دستگاهی است که به عنوان مغز متفکر اتوماسیون صنعتی در حال کار می باشد.که جایگزین مدارات فرمان رله ای و جانشین انسان در کنترل یک فرآیند در صنایع مختلف گردید.

تارخچه سیستم های کنترل از گذشته تا به امروز:

رله ها:

تا اواسط دهة 1970 بسياري از سيستمها توسط رله هايي كه در تابلوهاي كنترل بزرگ قرار داشتند، كنترل مي شدند. اين رله ها معمولا ميزان قابل توجه اي گرما توليد مي كردند، همچنين مصرف انرژي زيادي داشته و با ولتاژهاي سطح بالا كار مي كردند.
سيستمهاي كنترل رله اي براي مهندسين و كارشناسان فني مشكلات زيادي ايجاد مي كردند. اتصالات سيم بندي شده معمولا خيلي زياد و به هزاران اتصال مي رسيد، اين موضوع منجر به وجود آمدن مشكلات زيادي به هنگام از دست دادن يكي از اتصالات مي شد. تايمرها به صورت پنوماتيكي بوده و به همين دليل نياز به تنظيمات دستي دوره اي داشتند كه اين امر باعث ايجاد مشكلاتي براي مهندسين مي شد.
به دليل اينكه رله ها يك عنصر مكانيكي هستند، روشن و خاموش شدن كويل رله ها به آهستگي صورت مي گرفت و همچنين زمان لازم براي عملكرد رله بسته به نوع آن متفاوت بود. اين مشكل ديگري بود كه در سيستمهاي رله اي وجود داشت. از لحاظ مكانيكي نيز رله ها نياز به نگهداري دوره اي براي تميز كردن كنتاكتها و يا تعويض كامل رله ها داشته اند. همچنين با توجه به محدوديت تعداد كنتاكتهاي موجود در رله ها بايد براي دستيابي به كنتاكتهاي بيشتر از رله ها به صورت موازي استفاده مي شده است.
ايجاد تغييرات به منظور تغيير در منطق عملكرد سيستم كنترل نياز به جا به جايي و يا برداشتن بعضي از سيمهاي سيم بندي شده داشت كه اين امر نيز منجر به اشتباهات زيادي مي شده است.

تغييرات ايجاد شده در سيم بندي نيز معمولا جايي به ثبت نمي رسيد كه باعث افزايش مشكلات در هنگام رفع اشكال مدار مي شده است. رفع اشكال نيز با مشكلات زيادي همراه بود كه شامل اندازه گيري ولتاژها، خواندن اسناد مربوط به تابلو كنترل، بيرون كشيدن سيمها از تابلو كنترل و دنبال كردن سيمها براي پيدا كردن قطعي و يا مشكلات در مسير سيم كشي مي شد. منطق كنترل نيز به شكل " منطق نردباني رله اي (RLL)"ترسيم مي شده است. كه در اين روش "ستون هاي" عمودي نشان دهندة مسير قدرت مدار منطقي و "پله هاي" افقي نيز نشان دهندة منطق رله اي كنترل دستگاه بوده است.

PLCها:

وظيفه PLCقبلا بر عهده مدارهاي فرمان رله اي بود كه استفاده ازآنها در محيط هاي صنعتي جديد منسوخ گرديده است.اولين اشكالي كه در اين مدارها ظاهر مي شودآن است كه با افزايش تعداد رله ها حجم و وزن مدار فرمان بسيار بزرگ شده، همچنين موجب افزايش قيمت آن مي گردد . براي رفع اين اشكال مدارهاي فرمان الكترونيكي ساخته شد ، ولي با وجود اين هنگامي كه تغييري در روند يا عملكرد ماشين صورت مي گيرد لازم است تغييرات بسياري در سخت افزار سيستم كنترل داده شود .

با استفاده از PLC تغيير در روند يا عملكرد ماشين به آساني صورت مي پذيرد، زيرا ديگر لازم نيست سيم كشي ها و سخت افزار سيستم كنترل تغيير كند و تنها كافي است چند سطر برنامه نوشت و به PLCارسال كرد تا كنترل مورد نظر تحقق يابد. كنترل كننده هاي منطقي برنامه پذير (PLC) براي رفع و يا كاهش استفاده از رله ها طراحي شده اند PLCها باعث كاهش سايز تابلوهاي كنترل و همچنين انرژي مصرفي سيستمهاي كنترل شده اند. در PLC هاي قديمي براي جلوگيري از سيم بندي دوبارة سيستمهايي رله اي كه با ولتاژ هاي سطح پايين كار مي كردند از ولتاژ 120VAC استفاده شده است.
عناصر ورودي به يك نقطه اتصال در PLC متصل مي شوند. از دست دادن اتصالات و قطعي آنها همچنان به عنوان مشكل باقي مانده است ولي با استفاده از PLC تعداد اتصالات به ميزان قابل توجه اي كاهش پيدا كرده است. تايمرها موجود در PLC الكتريكي بوده و بسيار باثبات تر از تايمرهاي پنوماتيكي قديمي است. امروزه تايمرهاي PLC به طرز باور نكردني دقيق هستند به طوري كه قابليت محاسبة زمان با دقت بسيار بالا را دارا مي باشند.
ماهيت حالت جامد PLC ها توانسته است بسياري از محدوديت هاي مكانيكي كه در سيستمهاي رله اي وجود داشته است را برطرف سازد. براي اتصال بسياري از خروجي هاي PLC به بارهاي خارجي هنوز از رله ها استفاده مي شود. اين رله ها در ساختار داخلي PLC داراي تعداد نامحدودي كنتاكت براي استفاده در برنامه نويسي هستند. بنابراين يك PLC مي تواند جايگزين هزاران هزار رله ولي در فضايي كوچك باشد.
برنامه نويسي مجدد به جاي تغيير در سيم بندي سيستم، براي تغيير منطق عملكرد سيستم كنترل استفاده مي شود. رفع اشكال با استفاده ازعناصر برنامه نويسي كه در عملكرد منطقي برنامه ديده مي شود انجام مي گيرد. اين روش بسيار ساده تر از دنبال كردن سيمها و يا تست كردن كنتاكت رله ها مي باشد.
بسياري از متخصصان برق براي خواندن منطق RLL براي نصب و رفع اشكال سيستمهاي كنترل رله اي دوره ديده اند. اين امر باعث شده تا در زبان برنامه نويسي PLC با الهام از منطق رله اي، از همان ديد برنامه نويسي با منطق رله اي استفاده شود، كه نمونة بارز آن زبان برنامه نويسي نردباني مي باشد.