اصل کار PLC

 

PLC اساسا یک "ریز کامپیوتر ماژولار" است که به طور خاص برای محیط های صنعتی طراحی شده است. هسته اصلی کار آن مکانیسم حلقه بسته- "دریافت سیگنال از طریق سخت افزار، پردازش منطق از طریق نرم افزار، و خروجی دستورالعمل ها از طریق سخت افزار" برای دستیابی به کنترل دقیق دستگاه های خارجی است. پیاده سازی این مکانیسم متکی به درجه بالایی از هم افزایی بین ساختار سخت افزاری و سیستم نرم افزاری است.

ساختار سخت‌افزاری PLC از طراحی مدولار استفاده می‌کند که می‌توان آن را با توجه به الزامات کنترلی به‌طور انعطاف‌پذیر ترکیب کرد. اجزای اصلی شامل پنج بخش زیر است که هر کدام با تقسیم کار و همکاری نزدیک همراه است:

واحد پردازش مرکزی (CPU):به عنوان "مغز" PLC، مسئول اجرای عملیات منطقی، پردازش داده ها و زمان بندی دستورالعمل ها در برنامه های کاربر است. می تواند به سرعت سیگنال های ورودی را بخواند، نمودارهای نردبانی و سایر برنامه ها را اجرا کند، نتایج محاسبات را قضاوت کند و دستورالعمل های کنترل را به ماژول خروجی ارسال کند. سرعت محاسبه آن به طور مستقیم بازده پاسخ PLC را تعیین می کند و زمان اجرای دستورالعمل PLC های صنعتی اصلی می تواند به سطح میکروثانیه برسد.

حافظه:به حافظه سیستم و حافظه کاربر تقسیم می شود. حافظه سیستم برای ذخیره سیستم عامل، برنامه‌های درایور و سایر نرم‌افزارهای اصلی PLC استفاده می‌شود که عملکرد اولیه تجهیزات را تضمین می‌کند. حافظه کاربر به ذخیره برنامه‌های کنترل نوشته شده کاربر (مانند منطق فرآیند تولید، مکانیسم‌های رسیدگی به خطا) و داده‌های موقت (مانند پارامترهای عملکرد دستگاه، شمارش نتایج)، پشتیبانی از اصلاح برنامه و به‌روزرسانی‌ها اختصاص داده شده است.

ماژول ورودی/خروجی (I/O).: "پل" بین PLC و دستگاه های خارجی، تبدیل سیگنال دو طرفه را امکان پذیر می کند. ماژول ورودی مسئول تبدیل سیگنال‌های آنالوگ (مانند دما، فشار) یا سیگنال‌های دیجیتال (مانند سیگنال‌های خاموش{1}) از حسگرها (مانند سوئیچ‌های فوتوالکتریک، سنسورهای دما)، دکمه‌ها، دستگیره‌ها و سایر دستگاه‌ها به سیگنال‌های الکتریکی قابل تشخیص توسط PLC است. ماژول خروجی، نتایج محاسباتی CPU را به سیگنال‌های کنترلی تبدیل می‌کند که می‌توانند توسط محرک‌های خارجی (مانند موتورها، شیرهای برقی، چراغ‌های نشانگر) دریافت شوند، و فرآیند حلقه بسته «اجرای تصمیم ادراک» را تکمیل می‌کند.

ماژول برق:توان کاری پایدار را برای کل سیستم PLC فراهم می کند، معمولاً برق AC (مانند AC 220 ولت) را از سایت های صنعتی به برق DC (مانند DC 24 ولت) مورد نیاز داخلی PLC تبدیل می کند. همچنین دارای عملکردهای حفاظت از اضافه ولتاژ و جریان اضافی برای اطمینان از عملکرد پایدار تجهیزات در محیط های پیچیده صنعتی است.

ماژول ارتباطی:ارتباط متقابل بین PLC و سایر دستگاه‌ها را درک می‌کند، از پروتکل‌های ارتباطی صنعتی اصلی مانند PROFINET، Modbus، EtherNet/IP و غیره پشتیبانی می‌کند. از طریق ماژول ارتباطی، PLC را می‌توان با صفحه‌های لمسی، رایانه‌های صنعتی، سیستم‌های MES (سیستم‌های اجرایی ساخت) یا PLC‌های دیگر برای دستیابی به تبادل داده و کنترل از راه دور برای پایه‌گذاری، شبکه‌سازی کرد.

سیستم نرم افزاری PLC به نرم افزار سیستم و نرم افزار کاربر تقسیم می شود. نرم افزار سیستم توسط سازنده از قبل نصب شده است و مسئولیت درایورهای سخت افزار، کامپایل برنامه و تشخیص سیستم را بر عهده دارد. نرم افزار کاربر یک برنامه کنترلی است که توسط مهندسان بر اساس نیازهای تولید نوشته شده است. روش‌های اصلی برنامه‌نویسی شامل نمودار نردبانی (LD)، متن ساختاریافته (ST)، نمودار بلوک عملکردی (FBD) و غیره است که در این میان نمودار نردبانی به دلیل شبیه‌سازی ویژگی‌های مدارهای کنترل رله سنتی به رایج‌ترین روش برنامه‌نویسی در سایت‌های صنعتی تبدیل شده است.

منطق اصلی کنترل نرم‌افزار «کنترل عملیات منطقی و زمان‌بندی» است که مهندسان - فرآیند تولید را به روابط منطقی مانند «AND»، «OR» و «NO» یا قوانین زمان‌بندی مانند «تاخیر» و «شمارش» از طریق برنامه‌نویسی تبدیل می‌کنند. CPU PLC این قوانین را به ترتیب از پیش تعیین شده برای دستیابی به کنترل خودکار فرآیند تولید اجرا می کند. به عنوان مثال، در یک خط تولید آب بطری، منطق پر کردن خودکار را می توان با تنظیم برنامه به گونه ای تکمیل کرد که "ماشین پرکن را با تأخیر 0.2 ثانیه راه اندازی کنید، زمانی که سنسور فوتوالکتریک یک بطری را تشخیص داد، و پس از پر کردن به مدت 3 ثانیه متوقف شود".

PLC نه تنها یک دستگاه، بلکه تجسم ایده های کنترل صنعتی است. نه تنها به جهشی در فرآیند تولید از «عملیات دستی» به «محور منطق» دست یافت، بلکه کل صنعت تولید را به سمت توسعه هوشمند، انعطاف‌پذیر و کارآمد سوق داد.