کنترلر منطقی قابل برنامه ریزی توضیح داد: چیست، چگونه کار می کند و چگونه می توان یکی را انتخاب کرد

یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی چیست و چرا در اتوماسیون صنعتی اهمیت دارد

یک کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) یک کامپیوتر دیجیتالی مقاوم است که برای کنترل ماشین‌آلات صنعتی و فرآیندهای خودکار ساخته شده است. برخلاف کامپیوترهای همه منظوره، یک PLC از ابتدا برای دوام آوردن از نیازهای فیزیکی طبقات کارخانه - محدوده دمایی وسیع، نویز الکتریکی، لرزش، گرد و غبار و رطوبت - طراحی شده است، در حالی که منطق کنترل را به طور مداوم و قابل اطمینان، اغلب برای سال ها بدون وقفه اجرا می کند. مشخصه تعیین کننده یک PLC توانایی آن برای نظارت بر ورودی های دنیای واقعی از سنسورها و سوئیچ ها، اجرای یک برنامه کنترل نوشته شده توسط کاربر، و هدایت خروجی های دنیای واقعی - موتورها، سوپاپ ها، نشانگرها و محرک ها - بر اساس نتایج آن منطق است.

قبل از اینکه PLC ها وجود داشته باشند، سیستم های کنترل صنعتی از بانک های رله های الکترومکانیکی ساخته شده بودند که به هم متصل شده بودند تا مدارهای منطقی را تشکیل دهند. تغییر رفتار کنترلی یک ماشین به معنای سیم کشی مجدد فیزیکی پانل رله است - فرآیندی زمان بر و مستعد خطا که نیاز به تکنسین های ماهر و خرابی قابل توجهی دارد. هنگامی که اولین PLC تجاری موفق توسط Modicon در سال 1969 معرفی شد که توسط مهندس دیک مورلی در پاسخ به درخواست جنرال موتورز برای جایگزینی منطق رله در خطوط مونتاژ خودرو توسعه یافت، این مشکل را با جایگزینی مدارهای رله سیمی با منطق نرم افزار قابل برنامه ریزی حل کرد. اکنون می توان رفتار کنترلی یک ماشین را با اصلاح یک برنامه به جای سیم کشی مجدد سخت افزار تغییر داد و سرعت و اقتصاد اتوماسیون صنعتی را تغییر داد.

امروزه PLC ها ستون فقرات کنترل خودکار در تولید، انرژی، تصفیه آب، حمل و نقل، اتوماسیون ساختمان و ده ها صنعت دیگر هستند. درک اینکه چگونه کار می‌کنند، چگونه برنامه‌ریزی می‌شوند، و نحوه انتخاب مناسب برای یک کاربرد خاص، دانشی اساسی برای هر کسی است که در مهندسی صنایع، یکپارچه‌سازی سیستم‌ها، یا فناوری عملیات فعالیت می‌کند.

PLC Hardware الفrchitecture: What's Inside the Controller

الف کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی یک دستگاه یکپارچه نیست - سیستمی از قطعات سخت افزاری است که با هم کار می کنند. درک عملکرد هر جزء، هم قابلیت‌های PLC و هم محدودیت‌های آن را توضیح می‌دهد و تصمیمات مربوط به پیکربندی و گسترش را هنگام طراحی یک سیستم کنترلی مطلع می‌کند.

واحد پردازش مرکزی (CPU)

CPU هسته محاسباتی PLC است. برنامه کاربر را اجرا می کند، حافظه را مدیریت می کند، ارتباط با ماژول های ورودی/خروجی و دستگاه های خارجی را مدیریت می کند و عیب یابی سیستم را انجام می دهد. پردازنده‌های PLC مشابه ریزپردازنده‌های همه منظوره نیستند - آنها برای اجرای بلادرنگ قطعی بهینه‌سازی شده‌اند، به این معنی که CPU باید هر چرخه اسکن را در حداکثر زمان تضمین‌شده بدون توجه به آنچه در سیستم اتفاق می‌افتد تکمیل کند. زمان چرخه اسکن برای PLC های مدرن معمولاً از 0.1 ms تا 10 ms بسته به پیچیدگی برنامه و سرعت CPU. برخی از PLC های با کارایی بالا که در کنترل حرکت یا بسته بندی با سرعت بالا استفاده می شوند، زمان اسکن زیر میلی ثانیه را به دست می آورند. حافظه CPU به حافظه برنامه (جایی که منطق کاربر ذخیره می شود)، حافظه داده (که در آن مقادیر متغیر در طول اجرا نگهداری می شود) و حافظه سیستم (که توسط سیستم عامل برای عملکردهای داخلی استفاده می شود) تقسیم می شود.

ماژول های ورودی و خروجی

ماژول های I/O رابط بین PLC و دنیای فیزیکی هستند. ماژول‌های ورودی سیگنال‌ها را از دستگاه‌های میدانی دریافت می‌کنند - کلیدهای محدود، دکمه‌های فشاری، حسگرهای مجاورت، ترموکوپل‌ها، فرستنده‌های فشار، و رمزگذارها - و آنها را به مقادیر دیجیتالی تبدیل می‌کنند که CPU می‌تواند بخواند. ماژول‌های خروجی دستورات را از CPU دریافت می‌کنند و آنها را به سیگنال‌هایی تبدیل می‌کنند که دستگاه‌های میدانی مانند استارت‌های موتور، شیرهای برقی، لامپ‌های نشانگر و درایوهای سروو را هدایت می‌کنند. I/O به عنوان گسسته یا آنالوگ طبقه بندی می شود: ورودی/خروجی گسسته (دیجیتال) سیگنال های روشن/خاموش باینری را کنترل می کند، در حالی که I/O آنالوگ سیگنال های متغیر پیوسته مانند حلقه های جریان 4-20 میلی آمپر یا سیگنال های ولتاژ 0-10 ولت را نشان می دهد که مقادیر دما، فشار یا جریان را نشان می دهند. اکثر PLC ها همچنین ماژول های ویژه ورودی/خروجی را برای عملکردهای خاص ارائه می دهند - ماژول های شمارنده با سرعت بالا برای شمارش پالس رمزگذار، ماژول های ترموکوپل با جبران اتصال سرد داخلی، و ماژول های ارتباطی برای پروتکل های فیلدباس.

منبع تغذیه

منبع تغذیه PLC ولتاژ خط الفC یا DC ورودی - معمولاً 120 ولت الفC، 240 ولت متناوب، یا 24 ولت DC - را به برق DC ولتاژ پایین تنظیم شده مورد نیاز ماژول‌های CPU و I/O تبدیل می‌کند. اکثر بک‌پلین‌ها و قفسه‌های PLC استفاده می‌کنند 5 ولت DC یا 3.3 ولت DC داخلی برای اجزای منطقی و 24 ولت DC برای مدارهای ورودی/خروجی سمت میدان ظرفیت فعلی منبع تغذیه باید با کل مصرف برق همه ماژول های نصب شده مطابقت داشته باشد - کوچک کردن منبع تغذیه یک خطای پیکربندی رایج در سیستم های بزرگ با بسیاری از ماژول های ورودی/خروجی است. پیکربندی های اضافی منبع تغذیه برای برنامه هایی در دسترس هستند که خرابی منبع تغذیه عواقب غیرقابل قبولی دارد.

رابط های ارتباطی

PLC های مدرن شامل چندین رابط ارتباطی برای اتصال به ابزارهای برنامه نویسی، رابط های انسان و ماشین (HMIs)، کنترل نظارتی و سیستم های جمع آوری داده ها (SCADA)، PLC های دیگر و دستگاه های میدانی هستند. پورت ها و پروتکل های ارتباطی رایج شامل پورت های سریال Ethernet/IP، PROFINET، Modbus TCP، PROFIBUS، DeviceNet، CANopen و RS-232/RS-485 است. در دسترس بودن پروتکل‌های اترنت صنعتی معماری سیستم PLC را در طول دو دهه گذشته تغییر داده است و امکان یکپارچه‌سازی یکپارچه کنترل، نظارت و سیستم‌های داده سازمانی را در یک زیرساخت شبکه واحد به جای شبکه‌های اختصاصی جداگانه برای هر عملکرد فراهم کرده است.

چگونه یک PLC برنامه خود را اجرا می کند: چرخه اسکن توضیح داده شده است

رفتار عملیاتی یک PLC اساساً با یک برنامه کامپیوتری معمولی که یک بار از ابتدا تا انتها اجرا می شود متفاوت است. یک PLC برنامه کنترل خود را در یک حلقه تکراری پیوسته به نام the اجرا می کند چرخه اسکن . درک چرخه اسکن برای نوشتن برنامه های PLC صحیح و برای تشخیص مشکلات کنترل مربوط به زمان بندی ضروری است.

هر چرخه اسکن شامل چهار مرحله متوالی است که هر چرخه به ترتیب اجرا می شود:

• اسکن ورودی: CPU وضعیت فعلی همه سیگنال‌های ورودی فیزیکی را می‌خواند و این مقادیر را در یک منطقه حافظه اختصاصی به نام جدول تصویر ورودی کپی می‌کند. در طول اجرای برنامه، برنامه به جای اینکه مستقیماً از ورودی‌های فیزیکی، حالت‌های ورودی را از این جدول تصویر می‌خواند - تضمین می‌کند که مقادیر ورودی در طول یک اسکن ثابت باقی می‌مانند، حتی اگر ورودی فیزیکی در اواسط چرخه حالت را تغییر دهد.
• اجرای برنامه: CPU با ارزیابی شرایط منطقی و محاسبه مقادیر خروجی، برنامه کاربر را از اولین دستورالعمل تا آخرین دستورالعمل اجرا می کند. نتایج در یک جدول تصویر خروجی در حافظه نوشته می شود تا بلافاصله در خروجی های فیزیکی.
• اسکن خروجی: CPU مقادیر را از جدول تصویر خروجی به ماژول های خروجی فیزیکی کپی می کند، که سیگنال های خروجی خود را بر این اساس به روز می کنند. این نقطه ای است که در آن نتایج اجرای برنامه به صورت فیزیکی روی تجهیزات کنترل شده اعمال می شود.
• خانه داری: CPU بررسی های تشخیصی داخلی را انجام می دهد، بافرهای ارتباطی را به روز می کند، درخواست های ارتباطی را از HMI ها و ابزارهای برنامه نویسی سرویس می دهد و برای چرخه اسکن بعدی آماده می شود.

کل زمان تکمیل یک چرخه کامل اسکن، زمان اسکن است. برای اکثر کاربردهای صنعتی، زمان اسکن از 5 تا 20 میلی ثانیه قابل قبول است برنامه‌هایی که به پاسخ سریع‌تر نیاز دارند - تشخیص رویدادهای ماشین با سرعت بالا، کنترل محورهای سروو، یا نظارت بر ورودی‌های حیاتی ایمنی - ممکن است به پردازش مبتنی بر وقفه نیاز داشته باشند، جایی که ورودی‌های خاص اجرای فوری برنامه را خارج از چرخه اسکن معمولی انجام می‌دهند، یا پردازنده‌های اختصاصی با سرعت بالا با عملکرد اسکن زیر میلی‌ثانیه.

زبان های برنامه نویسی PLC: پنج گزینه استاندارد و زمان استفاده از هر کدام

زبان های برنامه نویسی PLC توسط استاندارد بین المللی IEC 61131-3 استاندارد شده اند که پنج زبان را تعریف می کند که PLC های سازگار باید از آنها پشتیبانی کنند. در عمل، اکثر سازندگان هر پنج مورد را پیاده‌سازی می‌کنند، اگرچه برخی به طور سنتی زبان‌های خاصی را برای کاربردهای خاص ترجیح می‌دهند. انتخاب زبان مناسب برای یک کار معین خوانایی کد، سهولت تعمیر و نگهداری و کارایی اشکال زدایی را بهبود می بخشد.

نمودار نردبانی (LD)

Ladder Diagram پرکاربردترین زبان برنامه نویسی PLC در سطح جهان است و نسل مستقیم گرافیکی نمودارهای منطق رله است. برنامه ها به عنوان یک سری پله های افقی بین دو ریل برق عمودی - دقیقاً مانند یک نردبان نشان داده می شوند. هر پله شامل کنتاکت ها (نماینده شرایط ورودی) و سیم پیچ ها (نماینده خروجی ها) است که به صورت سری یا موازی برای بیان روابط منطقی متصل شده اند. یک مهندس آشنا با نمودارهای سیم‌کشی رله می‌تواند منطق نردبان را با حداقل آموزش اضافی بخواند و درک کند، به همین دلیل است که در تولید گسسته، کنترل ماشین‌ها، و هر صنعتی با پایه‌ای بزرگ از تکنسین‌های منطق رله، غالب باقی می‌ماند. نمودار نردبانی برای برنامه‌های کنترل گسسته که شامل توالی عملیات روشن/خاموش، قفل‌ها و منطق زمان‌بندی می‌شود، مناسب‌تر است.

نمودار بلوک تابع (FBD)

نمودار بلوک تابع منطق کنترل را به عنوان شبکه ای از بلوک های تابع گرافیکی به هم پیوسته نشان می دهد، جایی که سیگنال ها از چپ به راست از طریق بلوک هایی که عملیات تعریف شده را انجام می دهند - گیت های منطقی، تایمرها، کنترل کننده های PID، توابع حسابی، و بلوک های ارتباطی، جریان می یابند. FBD به‌ویژه برای برنامه‌های کنترل پردازش شامل سیگنال‌های آنالوگ پیوسته، حلقه‌های کنترل PID و زنجیره‌های پردازش سیگنال پیچیده مناسب است، جایی که جریان داده‌ها بین عناصر عملکردی برای نمایش گرافیکی تر از پله‌های نردبان متوالی است. FBD زبان ارجح در پردازش شیمیایی، نفت و گاز و کاربردهای تولید برق است.

متن ساختاریافته (ST)

متن ساختاریافته یک زبان متنی سطح بالا با نحوی شبیه پاسکال یا C است. از متغیرها، انواع داده‌ها، عبارات، عبارات شرطی (IF-THEN-ELSE)، حلقه‌ها (FOR، WHILE، REPEAT) و فراخوانی‌های تابع پشتیبانی می‌کند - و آن را قوی‌ترین زبان‌های محاسباتی الگوریتم IEC 61131-3 برای ریاضیات پیچیده است. ST برای اجرای مدیریت دستور العمل های پیچیده، محاسبات داده ها، دستکاری رشته ها و بلوک های تابع سفارشی که بیان آنها در زبان های گرافیکی غیرعملی است، ایده آل است. پذیرش آن به طور قابل توجهی افزایش یافته است زیرا PLC ها وظایف محاسباتی پیچیده تری را که قبلاً توسط رایانه های صنعتی جداگانه انجام می شد، بر عهده گرفتند.

نمودار توابع متوالی (SFC)

نمودار توابع متوالی یک نمایش گرافیکی سطح بالا از یک فرآیند را به عنوان دنباله ای از مراحل به هم مرتبط با انتقال ارائه می دهد. هر مرحله شامل اقداماتی است که باید هنگام فعال بودن آن مرحله انجام شود. هر انتقال شرایطی را تعریف می کند که برای پیشرفت به مرحله بعدی باید ارضا شود. SFC برای برنامه‌نویسی ماشین‌هایی که در مراحل متوالی تعریف‌شده کار می‌کنند - پر کردن مخزن، اجرای یک چرخه شستشو، اجرای یک فرآیند دسته‌ای - عالی است زیرا ساختار گام به گام برنامه مستقیماً توالی فیزیکی عملکرد دستگاه را منعکس می‌کند و درک، اشکال‌زدایی و اصلاح آن را آسان می‌کند. برنامه های SFC برای گام ها و انتقال های جداگانه را می توان به هر یک از چهار زبان دیگر IEC نوشت.

فهرست دستورالعمل (IL)

Instruction List یک زبان متنی سطح پایین است که شبیه به زبان اسمبلی است که در آن هر خط حاوی یک دستورالعمل واحد است که روی یک ثبات انباشته کار می کند. این در IEC 61131-3 گنجانده شد تا زبانی آشنا برای برنامه نویسان از روزهای اولیه توسعه PLC فراهم کند. امروزه به ندرت در پروژه‌های جدید از IL استفاده می‌شود - بیشتر محیط‌های برنامه‌نویسی مدرن PLC آن را به نفع متن ساختاریافته منسوخ کرده‌اند - اما در استاندارد سازگاری با برنامه‌های قدیمی نوشته شده در IL بر روی کنترل‌کننده‌های قدیمی‌تر باقی می‌ماند.

انواع PLC ها: سیستم های فشرده، ماژولار و مبتنی بر رک

PLC ها به شکل فاکتورهایی در دسترس هستند، از میکرو کنترلرهای اندازه کف دست گرفته تا سیستم های چند قفسه ای که کل کابینت های کنترل را پر می کنند. انتخاب فرم فاکتور مناسب شامل تطبیق ظرفیت ورودی/خروجی، قابلیت گسترش، قدرت پردازش و اندازه فیزیکی کنترلر با نیازها و بودجه برنامه است.

PLC های فشرده (نانو و میکرو).

PLC های فشرده CPU، منبع تغذیه و تعداد ثابتی از نقاط ورودی/خروجی را در یک محفظه ادغام می کنند. آنها مقرون به صرفه ترین گزینه برای برنامه های کوچک با تعداد ورودی/خروجی تعریف شده و محدود هستند - معمولا 8 تا 64 نقطه ورودی/خروجی . برخی از PLC های فشرده گسترش محدودی را از طریق ماژول های افزودنی ارائه می دهند، اما ظرفیت گسترش بسیار محدودتر از سیستم های مدولار است. کاربردهای متداول شامل کنترل ماشین های کوچک، بخش های نوار نقاله، ایستگاه های پمپاژ و زیرسیستم های اتوماسیون ساختمان است. Siemens S7-1200، Allen-Bradley Micro820 و Mitsubishi FX5U نمونه هایی از این دسته هستند. PLC های فشرده زمانی مناسب نیستند که تعداد I/O یا الزامات ارتباطی برنامه در طول عمر سیستم به طور قابل توجهی افزایش یابد.

PLC های مدولار

PLC های مدولار separate the CPU, power supply, and I/O into individual modules that mount on a common backplane or DIN rail and connect via an internal bus. This architecture allows the system to be configured precisely for the application — adding exactly the types and quantities of I/O modules needed — and expanded later by adding modules to unused backplane slots or additional backplanes. Modular systems scale from small configurations of a CPU plus a handful of I/O modules up to large systems with hundreds of I/O points distributed across multiple racks. Siemens S7-300/S7-1500, Allen-Bradley ControlLogix, and Omron NX/NJ series are leading modular PLC platforms used across demanding industrial applications worldwide.

PLC های مبتنی بر رک و مقیاس بزرگ

PLC های مبتنی بر رک در مقیاس بزرگ از تعداد نقاط ورودی/خروجی بسیار بالایی پشتیبانی می کنند - از چند صد تا ده ها هزار نقطه ورودی/خروجی در رک های ورودی/خروجی توزیع شده - و در کارخانه های فرآیند پیوسته، تاسیسات تولید برق و خطوط تولید در مقیاس بزرگ استفاده می شوند. این سیستم‌ها معمولاً دارای پیکربندی‌های اضافی CPU هستند که در آن یک CPU آماده به کار در صورت از کار افتادن اصلی، منابع تغذیه اضافی و شبکه‌های ارتباطی اضافی به طور خودکار کنترل می‌شود - در برنامه‌هایی که خاموش شدن برنامه‌ریزی نشده عواقب عملیاتی یا ایمنی شدیدی دارد، در دسترس بودن بالا مورد نیاز است. زیمنس S7-400H، Allen-Bradley ControlLogix با افزونگی، و Yokogawa STARDOM نمونه هایی از پلتفرم های طراحی شده برای این سطح از بحران هستند.

PLC در مقابل DCS در مقابل PAC: درک تفاوت ها

سه نوع کنترل کننده بر اتوماسیون صنعتی غالب هستند: PLC ها، سیستم های کنترل توزیع شده (DCS)، و کنترل کننده های اتوماسیون قابل برنامه ریزی (PAC). مرزهای بین آنها به طور قابل توجهی محو شده است زیرا هر سه شبکه مدرن، برنامه نویسی سطح بالا و قابلیت های پردازش پیشرفته را پذیرفته اند - اما تفاوت های معنی داری در فلسفه طراحی، تناسب برنامه و هزینه کل مالکیت همچنان باقی مانده است.

الف PLC منشا تولید گسسته است و برای اجرای سریع چرخه اسکن منطق ترتیبی و ترکیبی بهینه شده است. در کنترل ماشین، خطوط بسته بندی و تولید گسسته که در آن پاسخ قطعی به رویدادهای باینری نیاز اولیه است، برتری دارد. سیستم‌های PLC معمولاً در هر نقطه ورودی/خروجی نسبت به سیستم‌های DCS ارزان‌تر هستند و توسط پایگاه بزرگی از تکنسین‌های آموزش دیده در محیط‌های تولیدی پشتیبانی می‌شوند.

الف DCS (سیستم کنترل توزیع شده) برای صنایع فرآیند پیوسته - پالایش نفت، تولید مواد شیمیایی، تولید برق - که در آن نیاز اولیه کنترل نظارتی متغیرهای آنالوگ پیوسته در تعداد زیادی از نقاط ورودی/خروجی است، توسعه یافته است. پلتفرم‌های DCS حول یک محیط مهندسی یکپارچه ساخته شده‌اند که در آن پیکربندی، نمایش، تاریخ‌نگار و توابع کنترل کاملاً توسط یک فروشنده یکپارچه شده‌اند. این ادغام زمان مهندسی را برای سیستم‌های بزرگ کاهش می‌دهد، اما وابستگی قابل توجهی به فروشنده و هزینه‌های پلتفرم بالاتر ایجاد می‌کند.

الف PAC (کنترل کننده اتوماسیون قابل برنامه ریزی) اصطلاحی است که برای توصیف کنترل‌کننده‌های مدرن با کارایی بالا استفاده می‌شود که کنترل گسسته به سبک PLC را با کنترل فرآیند آنالوگ، کنترل حرکت، و قابلیت‌های شبکه‌ای که از لحاظ تاریخی با پلتفرم‌های DCS مرتبط هستند ترکیب می‌کنند - همه در یک کنترل‌کننده و محیط برنامه‌نویسی واحد. National Instruments CompactRIO و Opto 22 EPIC نمونه هایی هستند. PAC ها به ویژه برای برنامه هایی که از مرز سنتی PLC/DCS عبور می کنند، مانند فرآیندهای دسته ای ترکیبی که عملیات متوالی را با حلقه های کنترل پیوسته ترکیب می کنند، مناسب هستند.

مشخصات کلیدی برای ارزیابی هنگام انتخاب PLC

انتخاب یک پلت فرم PLC برای یک برنامه کاربردی جدید یا یک پروژه مقاوم سازی شامل ارزیابی مجموعه ای از پارامترهای فنی و عملی است که در مجموع تعیین می کند که آیا سیستم انتخابی نیازهای فعلی را برآورده می کند و در طول عمر مورد انتظار سیستم قابل پشتیبانی باقی می ماند - معمولاً 15 تا 25 سال در محیط های صنعتی

• تعداد ورودی/خروجی و نوع: تعداد کل ورودی های گسسته، خروجی گسسته، ورودی آنالوگ و نقاط خروجی آنالوگ مورد نیاز را تعیین کنید، حاشیه رشد حداقل 20 درصد را اضافه کنید و تأیید کنید که پلت فرم انتخابی از انواع ورودی/خروجی مورد نیاز در ماژول های مناسب پشتیبانی می کند. انواع ورودی/خروجی ویژه - شمارنده‌های پرسرعت، ورودی‌های ترموکوپل، رابط‌های رمزگذار، ماژول‌های ارتباط سریال - باید به‌طور خاص تأیید شوند.
• عملکرد CPU و حافظه: برای برنامه‌هایی با برنامه‌های بزرگ، بسیاری از حلقه‌های PID آنالوگ یا نیازهای پاسخ سریع، زمان‌های اسکن CPU را تحت بار برنامه معمولی مقایسه کنید. برآورد دقیق نیازهای حافظه برنامه در مرحله مشخصات دشوار است - به عنوان یک قاعده کلی، حداقل دو برابر حافظه مورد نیاز برنامه اولیه برای تطبیق تغییرات و اضافات آینده را مشخص کنید.
• پروتکل های ارتباطی: تأیید کنید که PLC به طور بومی از پروتکل‌های ارتباطی مورد نیاز برای ارتباط با HMI، سیستم‌های SCADA، درایوها، روبات‌ها و هر دستگاه شخص ثالث مشخص‌شده در معماری سیستم پشتیبانی می‌کند. پشتیبانی پروتکل بومی همیشه به دروازه‌های تبدیل پروتکل ترجیح داده می‌شود که هزینه، تأخیر و نقاط شکست احتمالی را اضافه می‌کنند.
• رتبه بندی های زیست محیطی: بررسی کنید که ماژول‌های CPU و I/O دارای رتبه‌بندی مناسب برای محیط نصب هستند - محدوده دمای عملیاتی، تحمل رطوبت، مقاومت در برابر لرزش و ضربه، و محافظت در برابر جوهای خورنده اگر نصب در یک محیط شیمیایی یا دریایی باشد.
• الزامات گواهینامه ایمنی: الفpplications involving personnel safety — emergency stop circuits, safety interlocks, light curtains — may require a Safety PLC (also called a Safety Instrumented System controller) certified to IEC 62061 or ISO 13849. Standard PLCs cannot be used to implement safety functions without additional certified safety relays or safety I/O modules, regardless of how the logic is written.
• پشتیبانی فروشنده و در دسترس بودن قطعات یدکی: پلت فرم نصب شده باید با به روز رسانی سیستم عامل، سخت افزار یدکی و پشتیبانی فنی برای عمر مورد انتظار سیستم پشتیبانی شود. انتخاب یک پلتفرم از فروشنده‌ای با حضور پشتیبانی منطقه‌ای قوی و تعهد چرخه عمر محصول مستند به طور قابل‌توجهی خطر گیر افتادن در میان عمر سیستم پشتیبانی‌نشده را کاهش می‌دهد.
• مجوز و هزینه نرم افزار برنامه نویسی: محیط های برنامه نویسی PLC اختصاصی هستند - کنترل کننده های هر سازنده به نرم افزار خاص خود نیاز دارند. مدل مجوز (اشتراک دائمی، سالانه، هر صندلی)، هزینه چندین مجوز برنامه نویس، و اینکه آیا نرم افزار بر روی سیستم عامل های فعلی بدون نیاز به نسخه های قدیمی ویندوز اجرا می شود را تأیید کنید.

کاربردهای رایج PLC در سراسر صنایع

کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی تقریباً در هر صنعتی که از هر شکلی از فرآیند خودکار یا نیمه خودکار استفاده می‌کند، ظاهر می‌شود. تنوع کاربردهای PLC منعکس کننده تطبیق پذیری اساسی این فناوری است - همان معماری اصلی که خط بطری را کنترل می کند همچنین یک تصفیه خانه آب را مدیریت می کند یا سیستم های HVAC و کنترل دسترسی ساختمان را هماهنگ می کند.

ساخت و مونتاژ گسسته

الفutomotive assembly, electronics manufacturing, metal fabrication, and consumer goods production all rely heavily on PLCs to sequence robot actions, control conveyor speeds, manage part detection and rejection, and coordinate safety interlocks across multi-machine production cells. A single automotive body assembly line may contain صدها PLC منفرد هماهنگی ربات‌های جوشکاری، سیستم‌های انتقال، ایستگاه‌های بازرسی کیفیت و تجهیزات جابجایی مواد، همگی به یک سیستم نظارتی SCADA متصل شده‌اند که نرخ تولید و شرایط خطا را در زمان واقعی نظارت می‌کند.

تصفیه آب و فاضلاب

تاسیسات تصفیه و توزیع آب شهری از PLC ها برای کنترل ایستگاه های پمپاژ، سیستم های دوز شیمیایی، فرآیندهای فیلتراسیون و مدیریت سطح مخزن استفاده می کنند. ایستگاه های پمپاژ راه دور مایل ها از تصفیه خانه اصلی معمولاً توسط PLC های مستقل کنترل می شوند که با سیستم مرکزی SCADA از طریق پیوندهای سلولی یا رادیویی ارتباط برقرار می کنند. PLCها در کاربردهای آب باید ترکیبی از کنترل گسسته (توالی باز/بستن دریچه) و تنظیم آنالوگ (سرعت جریان، نرخ دوز شیمیایی، کنترل فشار) را به طور قابل اعتماد و بدون نیاز به اپراتور در محل در هر مکان دور انجام دهند.

پردازش مواد غذایی و آشامیدنی

محیط‌های فرآوری مواد غذایی الزامات خاصی را بر سخت‌افزار PLC تحمیل می‌کنند - محفظه‌های فولادی ضد زنگ یا محفظه‌های پلاستیکی مهر و موم شده که برای محیط‌های شستشو درجه‌بندی شده‌اند، و ماژول‌های ورودی/خروجی که در برابر تغییرات دمایی فریزر به آشپزخانه مقاوم هستند. PLC ها در کارخانه های مواد غذایی، توالی های اختلاط و اختلاط، پروفایل های دمای پاستوریزاسیون، ماشین های پرکننده و آب بندی و چرخه های شستشوی تمیز در محل (CIP) را کنترل می کنند. الزامات نظارتی برای اسناد ایمنی مواد غذایی به این معناست که سیستم‌های PLC در این بخش اغلب شامل تولید رکورد دسته‌ای الکترونیکی، ثبت خودکار پارامترهای فرآیند برای هر دسته تولید برای نشان دادن انطباق با استانداردهای HACCP و ایمنی مواد غذایی می‌شوند.

اتوماسیون ساختمان و زیرساخت

ساختمان‌های تجاری و صنعتی بزرگ از PLC و کنترل‌کننده‌های اتوماسیون ساختمان اختصاصی - که اساساً PLC‌های تخصصی هستند - برای مدیریت سیستم‌های HVAC، کنترل روشنایی، کنترل دسترسی، ارسال آسانسور و مدیریت انرژی استفاده می‌کنند. تهویه تونل، جابجایی چمدان‌های فرودگاه و کنترل زیرساخت استادیوم نمونه‌های دیگری از کاربردهای مرتبط با ساختمان در مقیاس بزرگ است که در آن سیستم‌های PLC صدها دستگاه میدانی توزیع‌شده را در میان امکانات فیزیکی گسترده هماهنگ می‌کنند. همگرایی پروتکل‌های اتوماسیون ساختمان و اتوماسیون صنعتی - به ویژه هنگامی که هر دو بخش ارتباطات مبتنی بر اترنت را اتخاذ می‌کنند - باعث می‌شود PLC‌های همه منظوره به طور فزاینده‌ای با کنترل‌کننده‌های سیستم اتوماسیون ساختمان سنتی در این بازار رقابت کنند.

اصول عیب یابی PLC: نحوه تشخیص سیستماتیک خطاها

عیب‌یابی مؤثر PLC از یک فرآیند سیستماتیک حذف پیروی می‌کند که محل خطا را از سطح سیستم به مؤلفه یا عنصر برنامه خاص مسئول محدود می‌کند. یک رویکرد ساختاریافته زمان تشخیص را کاهش می دهد و از جایگزینی تصادفی اجزای گران قیمتی که در واقع معیوب نیستند جلوگیری می کند.

• ابتدا نشانگرهای وضعیت CPU را بررسی کنید. CPU های PLC نشانگرهای LED را ارائه می دهند که وضعیت اجرا/ توقف، شرایط خطا و فعالیت ارتباطی را نشان می دهد. یک چراغ قرمز ثابت خطا نشان دهنده یک خطای سخت افزار یا برنامه است - نرم افزار برنامه نویسی را متصل کنید و بافر تشخیصی را بخوانید که کد خطا، مهر زمان و اغلب عنصر برنامه خاصی را که باعث خطا شده است را ثبت می کند.
• از قابلیت نظارت آنلاین نرم افزار برنامه نویسی استفاده کنید. اکثر محیط‌های برنامه‌نویسی PLC به برنامه‌نویس اجازه می‌دهند تا به یک کنترل‌کننده در حال اجرا متصل شود و وضعیت زنده همه ورودی‌ها، خروجی‌ها و متغیرهای داخلی را در حین اجرای برنامه مشاهده کند. این قابلیت نظارت آنلاین باعث می‌شود که مشاهده کنید آیا ورودی به درستی خوانده می‌شود، آیا یک شرط منطقی همانطور که انتظار می‌رود ارزیابی می‌شود و آیا یک خروجی فرمان داده می‌شود اما پاسخ نمی‌دهد - تشخیص خطاهای منطقی برنامه و خرابی‌های سخت‌افزار ورودی/خروجی.
• بین خطاهای سخت افزاری و خطاهای منطقی برنامه تمایز قائل شوید. اگر LED وضعیت یک ماژول خروجی نشان دهد که خروجی توسط PLC فرمان داده شده است اما دستگاه میدانی کار نمی کند، مشکل از خارج از PLC است - سیم کشی، فیوز، دستگاه میدان یا منبع تغذیه. اگر LED ماژول خروجی نشان می‌دهد که خروجی فرمان داده نمی‌شود، مشکل در منطق برنامه یا شرایط ورودی آن است.
• ولتاژ منبع تغذیه تحت بار را بررسی کنید. بسیاری از خطاهای متناوب PLC که به نظر می‌رسد مشکلات CPU یا I/O هستند، در واقع ناشی از منبع تغذیه‌ای هستند که حاشیه‌ای هستند - ولتاژ صحیح را تحت بار سبک ارائه می‌کنند اما تحت بار ورودی/خروجی کامل پایین‌تر از مشخصات پایین می‌آیند. ولتاژ ریل تغذیه را در کانکتور backplane با همه ماژول های نصب شده و فعال اندازه گیری کنید.
• بررسی علل محیطی خطاهای متناوب که با زمان روز، شرایط آب و هوایی یا عملکرد تجهیزات مجاور مرتبط هستند، اغلب به عوامل محیطی اشاره می کنند - ایجاد تراکم در داخل محفظه ها در طول چرخه دما، شل شدن ارتعاش اتصالات بلوک ترمینال، یا نویز الکتریکی ناشی از درایوهای فرکانس متغیر یا اتصال تجهیزات جوشکاری به سیم کشی I/O. به جای جایگزینی ساده ماژول آسیب دیده، علت اصلی را برطرف کنید.