تعریف و تاریخچهPLC

plc ها در آغاز با حروف اختصاری PC شناخته می شدند. به علت تشابه این نام با حروف اختصاری رایانه شخصی، استفاده از این اختصار، سبب ایجاد اشتباه می شد. بنابراین امروزه پذیرفته شده است که PLC در سیستم های اتوماسیون صنعتی به معنی کنترل کننده برنامه پذیر باشد.

PLC sample3

 در سیستم های اتوماسیون صنعتی  PLC یک رایانه تخصصی کاربرپسند بر مبنای ریزپردازنده است و توانایی انجام انواع توابع کنترلی در سطوح مختلف پیچیدگی را دارد. PLC می تواند برنامه ریزی و کنترل شود و توسط کاربری که مهارت کار کردن با رایانه ها را ندارد، استفاده شود. کاربر PLC در سیستم های اتوماسیون صنعتی  در واقع با کشیدن خطوط و رسم اجزاء، یک نمودار نردبانی را می سازد. نتیجه این ترسیم در رایانه، جایگزین تعداد زیادی از سیم کشیهای خارجی مورد نیاز برای کنترل یک فرآیند می شود. PLC در سیستم های اتوماسیون صنعتی  توانایی به کار انداختن هر سیستمی که خروجی اجزای آن به صورت روشن و خاموش عمل کنند، را دارد. همچنین توانایی به کار انداختن هر سیستمی با خروجیهای متغیر، را دارد. PLC در سیستم های اتوماسیون صنعتی  در جهت ورودی می تواند توسط اجزای قطع و وصلی یا اجزای با ورودی متغیر، راه اندازی شود.

 در سیستم های اتوماسیون صنعتی  اولین PLC با استفاده از رایانه های معمولی در اواخر دهه ۱۹۶۰ و اوایل دهه ۱۹۷۰ طراحی شدند. PLCهای اولیه، اغلب در کارخانه های خودروسازی مورد استفاده قرار می گرفتند. به طور معمول کارخانه های خودروسازی می بایست در هنگام تغییر مدل بیش از یک ماه متوقف می شدند. برای کاهش زمان تغییر مدل، از PLCهای اولیه در کنار تکنیکهای اتوماسیون جدید استفاده می شد. یکی از مراحل زمان بر در این تغییر مدل، سیم کشی رله های جدید یا اصلاح شده و تابلوهای کنترل بود. برنامه ریزی مجدد PLC به وسیله صفحه کلید، جایگزین سیم کشی مجدد تابلو پر از سیم، رله، زمان سنج و سایر اجزاء شد. PLCهای جدید کمک نمودند تا زمان برنامه ریزی مجدد تا حد چند روز کاهش یابد.

PLC sy5

   مراحل تغییر برنامه ریزی با رایانه ها و PLCها در سیستم های اتوماسیون صنعتی  ، در اوایل دهه ۱۹۷۰ یک مشکل مهم داشت. برنامه ها پیچیده بودند و اعمال تغییرات نیاز به برنامه نویس آموزش دیده داشت. در اواخر دهه ۱۹۷۰ اصلاحات زیادی در برنامه نویسی PLCها در سیستم های اتوماسیون صنعتی  بوجود آمد و به گونه ای تغییر یافت که کاربر به صورت آسانتری برنامه نویسی نماید. معرفی و ورود ریزپردازنده ها در سال ۱۹۷۸، موجب افزایش قدرت رایانه و تمام سیستمهای کنترل و اتوماسیون گردید و هزینه محاسبات را نیز کاهش داد. در نتیجه، استفاده از روباتها، تجهیزات اتوماسیون، انواع رایانه و همین طور PLC توسعه چشمگیری یافت. برنامه های PLC برای عده بیشتری از مردم، قابل فهم شدند و دسترسی به آن از نظر قیمت نیز مناسبتر گردید.

در دهه ۱۹۸۰ باافزایش قدرت پردازش رایانه در ازاء هر دلار، کاربرد PLCها در سیستم های اتوماسیون صنعتی  به طور نمایی افزایش یافت. برخی از کارخانجات بزرگ الکترونیک و رایانه و تعدادی از واحدهای الکترونیکی کوچکتر دریافتند که تولید PLC، باید قسمت عمده تولید آنها باشد. بازار PLC از حجم ۸۰ دلار در سال ۱۹۷۸ به سقف ۱ میلیارد دلار در سال ۱۹۹۰ افزایش یافت و هنوز این بازار در حال رشد است. حتی صنایع ساخت ماشین ابزار که قبلاً از کنترل عددی ـ رایانه ای (CNC) استفاده می کردند، امروزه از PLC در سیستم های اتوماسیون صنعتی  استفاده می کنند. PLCها به طور وسیع در ساخت سیستمهای کنترل انرژی و ایمنی نیز به کار می روند. سایر مصارف غیر متعارف PLCها نظیر استفاده در وسایل خانگی و تجهیزات پزشکی، در دهه ۱۹۹۰ و بعد از آن رشد قابل ملاحظه ای داشته است.   فردی که دانش کافی در زمینه رله یا دیجیتال داشته باد، طی چند ساعت با توابع اصلی PLC آشنا می شود. این توابع ممکن است شامل پیچکها، کنتاکتها، زمان سنجها و شمارنده ها باشند. اما افرادی که با نمودارهای نردبانی یا منطق دیجیتال آشنا نباشند، برای یادگیری به زمان بیشتری نیاز دارند.

   شخصی که از منطق رله اطلاع کافی دارد، ظرف چند روز، با آموزش مناسب، با توابع پیشرفته PLC در سیستم های اتوماسیون صنعتی  آشنا می شود. کلاسهای آموزشی شرکت تولید کننده و کتب راهنما  در یادگیری این توابع پیشرفته، بسیار مفید هستند. توابع پیشرفته PLC به ترتیب یادگیری، ممکن است شامل کنترل غلتکی/دنبالگر، دسترسی به بیتهای ثبات و توابع انتقال باشند.

   PLC control

مزایا و معایب PLCدر سیستم های اتوماسیون صنعتی

   بعضی از مزایای اساسی استفاده از کنترل کننده های برنامه پذیر عبارتند از:

   انعطاف پذیری : در گذشته، هر دستگاه تولیدی مجهز به کنترل الکترونیکی، نیاز به کنترل کننده مخصوص به خود داشت، مثلاً ۱۵ دستگاه تولیدی مجزا، نیاز به ۱۵ کنترل کننده مجزا داشت. امروزه می توان با استفاده از یک نمونه PLC هر یک از آن ۱۵ دستگاه را کنترل کرد. علاوه بر آن ممکن است به کمتر از ۱۵ کنترل کننده PLC نیاز داشته باشید، زیرا هر PLC به آسانی می تواند چندین دستگاه را کنترل کند. هر یک از این دستگاههای کنترل شده با PLC، برنامه به خود را دارند.

   اعمال تغییرات و تصحیح خطاها : در تابلوهای سیم بندی شده از نوع رله ای، هرگونه تغییری در برنامه نیاز به زمان برای سیم بندی مجدد تابلوها و دستگاهها دارد. در صورتی که وقتی مدار برنامه PLC یا ترتیب طراحی تغییر کند، تغییر در برنامه PLC، ظرف چند دقیقه و از طریق صفحه کلید انجام می شود. در سیستمهایی  که با PLC کنترل می شوند، هیچگونه تغییری در سیم بندی مورد نیاز نخواهد بود. بعلاوه اگر نیاز به اصلاح اشتباه برنامه ریزی در نمودار نردبانی کنترل PLC باشد، تغییرات سریعاً تایپ می شوند.

   تعداد بسیار زیاد کنتاکتها: هر PLC در قبال یک پیچک، تعداد بسیار زیادی کنتاکت دارد، که در برنامه نویسی آن به کار گرفته می شود. فرض کنید یک رله به کار رفته در تابلو سیستم بندی شده، چهار کنتاکت داشته باشد که همگی مورد استفاده قرار گرفته اند و اکنون به دلیل تغییر طرح، نیاز به ساختن سه کنتاکت جدید یا بیشتر باشد. در این حالت بدست آوردن و نصب رله جدید، زمان بسیار زیادی نیاز دارد. اما در صورت استفاده از PLC، فقط با تایپ کردن می توان سه کنتاکت جدید ایجاد کرد. این سه کنتاکت به طور خودکار در PLC موجود خواهند بود. در واقع اگر حافظه رایانه اجازه دهد، صدها کنتاکت می توانند از طریق یک رله استفاده شوند.

   هزینه کمتر: توسعه تکنولوژی باعث شده است توابع پیچیده تر در فضایی کوچکتر و با هزینه ای کمتر تحقق یابند. امروزه شما می توانید یک PLC را که شامل تعداد زیادی رله، زمان سنج و شمارنده و یک دنبالگر است، به بهای چندصد دلار بخرید.

   اجرای آزمایشی: یک مدار برنامه ریزی شده با PLC را قبل از استفاده می توان در آزمایشگاه یا اداره آزمایش کرد. برنامه را می توان تایپ، آزمایش و مشاهده نمود و در صورت نیاز، اصلاح و در وقت با ارزش کارخانه صرفه جوئی کرد. در حالی که سیستمهای رله ای سنتی در بهترین حالت در محل کار آزمایش می شوند، که کار بسیار زمان بری است.

   نظارت عینی: عملیات مدار PLC در طول فعالیت آن، مستقیماٌ روی صفحه CRT قابل مشاهده است. بنابراین درستی یا نادرستی عملکرد یک مدار در هر لحظه، قابل مشاهده است. مسیرهای منطقی در زمان فعال شدن، روی صفحه مونیتور روشن می گردند و به همین دلیل، عیب یابی آنها نیز به سرعت انجام می شود.

   در سیستمهای PLC پیشرفته، در صورت وقوع هر عیب، می توان پیامی مناسب جهت کاربر در نظر گرفت و برنامه ریزی کرد. این پیام به محض آشکار شدن عیب مربوطه در سیستم PLC، روی صفحه نمایش ظاهر می شود (به عنوان مثال، ‘MOTOR #7 IS OVERLOADED’). در PLCهای پیشرفته، ممکن است توضیحاتی در مورد وظیفه هر جزء مدار در نظر گرفته شود. برای مثال، ورودی شماره ۱ در روی نمودار، می تواند توضیحی مانند ‘CONVERYOR LIMIT SWITCH’ nhaji fhan. داشته باشد.

   سرعت عمل: رله ها برای فعال شدن نیاز به زمان غیر قابل قبولی دارند. سرعت عمل برنامه PLC بسیار زیاد است. سرعت عملیات منطقی PLC توسط زمان پوشش تعیین می شود، که این زمان در حدود چند میلی ثانیه است.

  روش برنامه نویسی بولی یا نردبانی: برنامه نویسی یک PLC در حالت نردبانی توسط تکنسین یا مهندس برق می تواند انجام شود. همچنین یک برنامه نویس PLC که در سیستمهای کنترل دیجیتال یا بولی کار می کند، نیز می تواند به راحتی عمل برنامه نویسی PLC را نیز انجام دهد.

   قابلیت اطمینان و نگهداری: معمولاً قطعات نیمه هادی نسبت به سیستمهای معادل مکانیکی یا رله ها و زمان سنجها از قابلیت اطمینان بیشتری برخوردار هستند. PLC از اجزاء نیمه هادی ساخته می شود که دارای ضرایب اطمینان بسیار زیادی هستند. در نتیجه نگهداری سیستمهای PLC هزینه بسیار کمی دربردارد و زمان از کار افتادن حداقل است.

   سادگی قرار گرفتن اجزای سیستم کنترل: سیستم PLC و تمام اجزای جانبی آن یک جا تحویل داده می شود. یعنی همراه PLC، شمارنده ها، رله ها و سایر اجزاء نیز تحویل داده می شود. در حالی که در طرح یک تابلو کنترل رله ای، ممکن است بیش از ۲۰ رله و زمان سنج مختلف که محصول ۱۲ کارخانه متفاوت هستند، وجود داشته باشد. دریافت همزمان همه این محصولات، نیاز به برنامه ریزی دقیقی دارد. در حالی که PLC یک جا تحویل داده می شود. در سیستمهای رله ای فراموش کردن خرید یک قطعه، به معنی توقف کامل سیستم تا رسیدن آن قطعه است. در سیستم PLC، همیشه یک رله بیشتر در دسترس است و لذا این امکان را به شما می دهد که یک PLC با قدرت محاسباتی اضافی و کافی، داشته باشید.

   مستند سازی: در صورت نیاز، چاپ مدار کامل PLC ظرف چند دقیقه امکان پذیر است و به طور کلی احتیاجی به جستجوی مدار PLC در بایگانی پرونده ها نیست. PLC در هر لحظه می تواند مدار واقعی را چاپ کند که برای تابلوهای رله ای کار دشواری است. پرونده چاپ شده توسط PLC، وضعیت مدار در همان لحظه است و برای تایید نیازی به بازبینی و کنترل سیمها ندارد.

   امنیت: تا زمانی که قفل سیستم PLC به درستی باز نشود، امکان تغییر در برنامه آن وجود ندارد. در حالی که در سیستمهای رله ای، امکان تغییرات غیرمستند در تابلو کنترل وجود دارد. ممولاً افرادی که در شیفتهای پایانی روز کار می کنند این تغییرات را با دقت در پرونده ها ثبت نمی کنند.

   سهولت تغییرات با برنامه نویسی مجدد: از آنجایی که PLCهای را به سهولت می توان مجدداً برنامه ریزی کرد، پردازش پیچیده تولید را می توان انجام داد. مثلاً در صورتی که قطعه B وارد خط مونتاژ شود، در حالی که هنوز قطعه A در حال پردازش است،         می توان برنامه خط تولید قطعه B را در ظرف چند ثانیه مجدداً برنامه ریزی نمود.