بررسی عمیق کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC)

در دنیای اتوماسیون صنعتی، یک جزء کلیدی به دلیل نقش محوری آن در کنترل ماشین‌ها و فرآیندها متمایز است: کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) . PLC که اغلب به عنوان "مغز" کف کارخانه توصیف می شود، یک کامپیوتر ناهموار و تخصصی است که برای عملکرد قابل اعتماد در محیط های صنعتی خشن طراحی شده است. برخلاف یک کامپیوتر رومیزی استاندارد که برای کارهای عمومی ساخته شده است، یک PLC برای کنترل، نظارت و جمع آوری داده ها در زمان واقعی طراحی شده است. توانایی آن در اجرای منطق، زمان‌بندی و توالی‌بندی توابع با دقت بی‌نظیر چیزی است که آن را برای طیف وسیعی از کاربردها، از تولید و رباتیک گرفته تا سیستم‌های HVAC و چراغ‌های راهنمایی ضروری می‌سازد.

معماری یک PLC

یک سیستم PLC در هسته خود از چندین جزء ضروری تشکیل شده است که به صورت هماهنگ کار می کنند:

• واحد پردازش مرکزی (CPU): مغز PLC، CPU شامل پردازنده و حافظه است. این مسئول اجرای برنامه کنترل، انجام عملیات منطقی و مدیریت ارتباطات است. CPU به طور مداوم ورودی ها را اسکن می کند، برنامه کنترل را اجرا می کند و خروجی ها را به روز می کند. این فرآیند چرخه‌ای که به آن معروف است "چرخه اسکن" برای کنترل بلادرنگ اساسی است.
• ماژول های ورودی/خروجی (I/O): این ماژول ها به عنوان رابط PLC با دنیای فیزیکی عمل می کنند. ماژول های ورودی سیگنال‌ها را از حسگرها، دکمه‌های فشاری و سوئیچ‌ها دریافت می‌کنند و این سیگنال‌های دنیای واقعی را به داده‌های دیجیتالی تبدیل می‌کنند که CPU می‌تواند درک کند. ماژول های خروجی برعکس عمل کنید و سیگنال‌های دیجیتال را از CPU به سیگنال‌های کنترلی تبدیل کنید که دستگاه‌هایی مانند موتورها، شیر برقی‌ها، چراغ‌ها و شیرها را کار می‌کنند. انعطاف پذیری ماژول های ورودی/خروجی به PLC اجازه می دهد تا برای کاربردهای خاص سفارشی شود.
• منبع تغذیه: برق DC لازم را برای ماژول های CPU و I/O فراهم می کند. این دستگاه به گونه ای طراحی شده است که قوی و پایدار باشد و عملکرد مداوم را حتی در محیط هایی با نویز الکتریکی یا نوسانات ولتاژ تضمین می کند.
• ترمینال برنامه نویسی: یک کامپیوتر یا دستگاه دستی که توسط یک مهندس یا تکنسین برای ایجاد، اصلاح و نظارت بر برنامه کنترل PLC استفاده می شود. PLC های مدرن معمولاً با استفاده از زبان های استاندارد تعریف شده توسط استاندارد IEC 61131-3 برنامه ریزی می شوند. نمودار نردبانی (LD) رایج ترین بودن

چگونه یک PLC کار می کند: چرخه اسکن

عملکرد یک PLC توسط چرخه اسکن مداوم آن کنترل می شود که معمولاً مراحل زیر را دنبال می کند:

1. اسکن ورودی: PLC وضعیت تمام دستگاه های ورودی متصل به ماژول های ورودی خود را می خواند. اساساً یک "عکس فوری" از وضعیت فعلی جهان فیزیکی می گیرد.
2. اجرای برنامه: PLC برنامه کنترل نوشته شده توسط کاربر یا منطق را اجرا می کند. این دستورالعمل ها را به صورت بالا به پایین، از چپ به راست پردازش می کند و از داده های ورودی مرحله قبل برای تعیین حالت های خروجی مورد نیاز استفاده می کند.
3. اسکن خروجی: بر اساس نتایج اجرای برنامه، PLC وضعیت ماژول های خروجی خود را به روز می کند. این عمل سیگنال های کنترلی را به دستگاه های خروجی متصل می فرستد و باعث روشن یا خاموش شدن، شروع یا توقف و غیره می شود.
4. خانه داری: PLC وظایف تشخیص داخلی و ارتباطات را انجام می دهد و برای چرخه اسکن بعدی آماده می شود.

این چرخه سریع و پیوسته که اغلب در میلی ثانیه تکمیل می‌شود، تضمین می‌کند که PLC می‌تواند تقریباً به صورت آنی به تغییرات محیط صنعتی پاسخ دهد و آن را برای فرآیندهایی که نیاز به کنترل دقیق و به موقع دارند، ایده‌آل می‌کند.

چرا PLC را انتخاب کنیم؟ مزایای کلیدی

پذیرش گسترده PLC ها به دلیل مزایای متعدد آنها نسبت به سیستم های کنترل سنتی مبتنی بر رله است:

• قابلیت اطمینان و دوام: PLC ها برای مقاومت در برابر دماهای شدید، لرزش، گرد و غبار و تداخل الکتریکی ساخته شده اند. طراحی حالت جامد آنها به این معنی است که آنها هیچ قطعه متحرکی ندارند و به طور قابل توجهی احتمال خرابی مکانیکی را کاهش می دهد.
• انعطاف پذیری و سهولت اصلاح: منطق یک PLC در نرم افزار ذخیره می شود. اگر تغییری در فرآیند کنترل نیاز باشد، یک تکنسین به‌جای سیم‌کشی مجدد فیزیکی یک پنل رله پیچیده، به سادگی برنامه را در رایانه تغییر می‌دهد. این باعث صرفه جویی در زمان و تلاش بسیار می شود.
• عیب یابی و تشخیص: PLC ها ابزارهای تشخیصی قدرتمندی را ارائه می دهند. نشانگرهای وضعیت در ماژول‌های ورودی/خروجی و نظارت مبتنی بر نرم‌افزار به تکنسین‌ها این امکان را می‌دهد تا به سرعت عیوب را شناسایی و مشخص کنند و زمان خرابی را به حداقل برسانند.
• مقیاس پذیری: PLC ها را می توان با افزودن یا حذف ماژول های ورودی/خروجی کوچک یا کوچک کرد و به آنها اجازه می دهد ماشین های ساده یا کل خطوط تولید پیچیده را کنترل کنند.
• عملکرد پیشرفته: PLC های مدرن بسیار فراتر از حل کننده های منطقی هستند. آنها قابلیت های پیشرفته ای مانند ثبت داده ها، شبکه های ارتباطی (به عنوان مثال، اترنت/IP، Profibus)، کنترل حرکت، و یکپارچه سازی با سیستم های HMI (رابط انسان و ماشین) و SCADA (کنترل نظارتی و جمع آوری داده) را ارائه می دهند.

را کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی چیزی بیش از یک قطعه سخت افزاری است. این سنگ بنای اتوماسیون صنعتی مدرن است. ترکیبی از طراحی ناهموار، کنترل دقیق، و انعطاف‌پذیری مبتنی بر نرم‌افزار، کسب‌وکارها را قادر می‌سازد تا به سطوح بی‌سابقه‌ای از کارایی، ایمنی و بهره‌وری دست یابند. با ادامه استقبال صنایع از تولید هوشمند و اینترنت صنعتی اشیا (IIoT)، نقش PLC یکپارچه‌تر و ضروری‌تر می‌شود.