دانلود گزارش کارآموزی اتوماسیون صنعتی (PLC)

مقدمه:

هر سیستم کنترلی را به سه بخش اصلی می‌توان تقسیم کرد: ورودی، بخش پردازشگر و خروجی. سیگنال های ورودی توسط مبدل‌ها که کمیت‌های فیزیکی را به سیگنال‌های الکترونیکی تبدیل می‌کنند فراهم می‌شوند. یک سیستم کنترل باید بتواند بر طریقه عملکردی یک فرآیند دخالت و تسلط داشته باشد. این کار با استفاده المان‌های خروجی، از قبیل پمپ‌ها، موتورها، پیستون‌ها، رله‌ها و … انجام می‌شود.

یک طرح کنترلی به دو روش قابل اجرا است:

با استفاده از سیستم‌های کنترل غیرقابل تغییر توسط اپراتور و نیز با استفاده از کنترل کننده‌های قابل برنامه‌ریزی.

رله‌ یکی از قطعات مهم در بیشتر سیستم‌های کنترل مدرن است. این قطعه‌ یک سوئیچ الکتریکی با ظرفیت جریانی بالاست. یک سیستم رله‌ای ممکن است شامل چند صدیا حتی چند هزار کنتاکت باشد.

PLCها به عنوان جانشینی برای سیستم‌های منطقی رله‌ای و تایمری غیرقابل تغییر توسط اپراتور طراحی شدند تا به جای تابلوهای کنترل متداول قدیمی استفاده شوند. این کار به وسیله برنامه‌ریزی آن‌ها و اجرای دستورالعمل‌های منطقی ساده که اغلب به شکل دیاگرام نردبانی است، صورت می‌گیرد. PLCها دارای یک سری توابع درونی از قبیل: تایمرها و شمارنده‌ها و شیفت رجیسترها می‌باشند که امکان کنترل مناسب را‏، حتی با استفاده از کوچک‌ترین PLC نیز، فراهم می‌آورند.

یک PLC با خواندن سیگنال‌های ورودی، کار خود را شروع کرده و سپس دستورالعمل‌های منطقی (که قبلاَ برنامه‌ریزی شده و در حافظه جای گرفته است) را بر روی این سیگنال‌های ورودی اعمال می‌کند و در پایان، سیگنال‌های خروجی مطلوب را برای راه‌اندازی تجهیزات و ماشین‌آلات تولید می‌نماید. تجهیزات استانداردی درون PLCها تعبیه شده‌اند که به آن‌ها اجازه می‌دهد مستقیماَ و بدون نیاز به واسطه‌های مداری یا رله‌ها، به المان خروجی یا محرک (actuator) و مبدل‌های ورودی (مانند پمپ‌ها و سوپاپ‌ها) متصل شوند.

با استفاده از PLCها، اصلاح و تغییر یک سیستم کنترل بدون نیاز به تغییر محل اتصالات سیم‌ها ممکن شده است.

برخی ویژگی‌های خاص، آن‌ها را ابزاری مناسب جهت انجام عملیات کنترل صنعتی نموده است. برخی از این ویژگی‌ها عبارتند از:

تجهیزات حفاظت کننده‌ها PLCها از نویز و شرایط نامساعد محیطی

ساختار PLCها، که به سادگی امکان تعویض یا افزودن واحد یا واحدهایی را به PLC می‌دهد. (مثلاَ واحد ورودی/ خروجی)

اتصالات استاندارد ورودی/ خروجی و نیز سطوح سیگنال استاندارد

زبان برنامه‌نویسی قابل درک و آسان (مانند دیاگرام نردبانی یا نمودار وظایف)

محدوده PLCهای در دسترس، از PLCهای جامع و کامل کوچک با 20 ورودی/ خروجی و 500 مرحله یا گام برنامه‌نویسی تا سیستم‌های مدولار با مدول‌های قابل افزایش را دربرگرفته است مدول‌ها برای انجام وظایفی نظیر:

ورودی/ خروجی آنالوگ

کنترل PID (تناسبی، انتگرال‌گیر و مشتق‌گیر)

ارتباطات

نمایش گرافیکی

ورودی/ خروجی اضافی

حافظه‌های اضافی و … استفاده می‌شوند.

کنترل کننده های قابل برنامه‌ریزی (PLC)ها:

PLCها، کامپیوترهایی ساخته شده به منظور خاص هستند که شامل سه قسمت اجرایی اصلی می‌باشند: پردازش‌گر، ورودی/ خروجی و حافظه. سیگنال‌ها از طریق ورودی به PLC فرستاده شده و آن‌گاه در حافظه، ذخیره می‌شوند. سپس سیگنال‌های خروجی به منظور راه‌اندازی تجهیزات مورد نظر، تولید می‌شوند.

در PLCهای کوچک‌تر، این عملیات توسط کارت‌های ویژه‌ای انجام می‌گیرند که به صورت واحدهای بسیار فشرده‌ای ساخته شده‌اند، در حالی که ساختار PLCهای بزرگتر به صورت مدولار با مدول‌هایی که بر روی شیارهای تعبیه شده بر روی دستگاه نصب می‌شود، بنا گردیده است. این امر امکان توسعه سیستم را- در صورت ضرورت- به سادگی فراهم می‌آورد. در هر دوی این موارد بوردهای مداری ویژه‌ای، به سادگی تعویض یا برداشته می‌شود و امکانات تعمیر سیستم نیز به سادگی فراهم می‌آید.

CPU بر تمام عملیاتی که در PLC رخ می‌دهد‏، کنترل و نظارت دارد و دستورالعمل‌های برنامه‌ریزی شده و ذخیره شده را اجرا می‌کند.

تمام PLCهای مدرن برای ذخیره برنامه از حافظه‌های نیمه هادی مانند EPROM, RAM یا EEPROM استفاده می‌کنند.

عملاَ از RAM برای تکمیل برنامه مقدماتی و تست آن استفاده می‌شود، زیرا که امکان تغییر و اصلاح راحت برنامه را فراهم می‌آورد.

پس از این که یک برنامه تکمیل شد و مورد آزمایش قرار گرفت می‌توان آن را در PROM یا EPROM، که اغلب ارزانتر از قطعات RAM می‌باشند، بار (Load) کرد. برنامه‌ریزی PROM معمولاَ توسط یک برنامه‌ریز مخصوص صورت می‌گیرد.

PLC‌های کوچک معمولاَ تا حدی به دلیل ابعاد فیزیکی دستگاه دارای حجم حافظه محدود و ثابتی می‌باشند. حجم این حافظه‌ها بسته به تولیدکننده آن‌ها بین 300 تا 1000 دستورالعمل متفاوت است. این حجم حافظه ممکن است کمتر از آنی به نظر آید که مناسب جهت امور کنترلی باشد‏، اما تقریباَ حدود 90 درصد عملیات مورد نیاز کنترل‌های دودویی با کمتر از 1000 دستورالعمل قابل اجرا می‌باشند. بنابراین فضای حافظه لازم برای بیشتر کاربردها فراهم خواهد آمد.

PLCهای بزرگتر از مدول‌های حافظه‌ای استفاده می‌کنند که بین K1 تا K64 فضای حافظه را فراهم می‌آورند. این مدول‌ها امکان گسترش سیستم را با افزودن کارت‌های حافظه RAM یا PROM به PLC فرام می‌آورند.

معیار اولیه مشخص کننده اندازه PLCها، در قالب حجم حافظه برنامه و حداکثر تعداد ورودی و خروجی‌هایی که سیستم قادر به پشتیبانی از آن‌هاست ارائه می‎شود. اما به منظور ارزیابی و محک مناسب هر PLC، باید خصوصیات دیگری از آن، از قبیل نوع پردازشگر، زمان اجرای یک سیکل برنامه، تسهیلات زبان برنامه‌نویسی، توابع (از قبیل شمارنده، تایمر و …) قابلیت توسعه و … را نیز در نظر بگیریم.

معمولاَ، PLCهای کوچک و «مینی PLCها» به صورت واحدهای قدرتمند، کارآ و فشرده‌ای طراحی می‌شوند که قابل جاسازی بر روی، یا کنار تجهیزات تحت کنترل باشند. آن‌ها عمدتاَ به عنوان جایگزین سیستم‌های رله‌ای غیرقابل تغییر توسط اپراتور، تایمر، شمارنده و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند تا بخش‌های مجزا و منفرد کارخانجات یا ماشین‌آلات را کنترل کنند، اما می‌توان آن‌ها برای هماهنگ کردن عملکرد چند ماشین در تلفیق با یکدیگر سود جست.

PLCهای کوچک قادر به توسعه تعداد کانال‌های ورودی و خروجی با استفاده از یک یا دو مدول ورودی/ خروجی می‌باشند.

PLCهای بزرگ برای استفاده در کارخانجات عظیم یا ماشین‌های بزرگی که به کنترل پیوسته نیازمندند، طراحی شده‌اند.

همچنین آن‌ها به عنوان کنترل کننده‌ ناظر آن نظارت (monitor) و کنترل کردن چندین PLC دیگر یا سایر ماشین‌های هوشمند به کار می‌روند.

رشته تحصیلی: کامپیوتر رشته سخت افزار

رشته تحصیلی: کامپیوتر رشته سخت افزار

تابستان 87فهرست

عنوان صحفه

مقدمه 1

كنترل كننده هاي قابل برنامه‌ريزي (PLC) ها 2

برنامه نويسي (PLC) ها 7

PLCهاي زيمنس 11

PLC لوگو 14

مقدمه:

هر سيستم كنترلي را به سه بخش اصلي مي‌توان تقسيم كرد: ورودي، بخش پردازشگر و خروجي. سيگنالهاي ورودي توسط مبدل‌ها كه كميت‌هاي فيزيكي را به سيگنال‌هاي الكترونيكي تبديل مي‌كنند فراهم مي‌شوند. يك سيستم كنترل بايد بتواند بر طريقه عملكردي يك فرآيند دخالت و تسلط داشته باشد. اين كار با استفاده المان‌هاي خروجي، از قبيل پمپ‌ها، موتورها، پيستون‌ها، رله‌ها و … انجام مي‌شود.

يك طرح كنترلي به دو روش قابل اجرا است:

با استفاده از سيستم‌هاي كنترل غيرقابل تغيير توسط اپراتور و نيز با استفاده از كنترل كننده‌هاي قابل برنامه‌ريزي.

رله‌ يكي از قطعات مهم در بيشتر سيستم‌هاي كنترل مدرن است. اين قطعه‌ يك سوئيچ الكتريكي با ظرفيت جرياني بالاست. يك سيستم رله‌اي ممكن است شامل چند صديا حتي چند هزار كنتاكت باشد.

PLCها به عنوان جانشيني براي سيستم‌هاي منطقي رله‌اي و تايمري غيرقابل تغيير توسط اپراتور طراحي شدند تا به جاي تابلوهاي كنترل متداول قديمي استفاده شوند. اين كار به وسيله برنامه‌ريزي آن‌ها و اجراي دستورالعمل‌هاي منطقي ساده كه اغلب به شكل دياگرام نردباني است، صورت مي‌گيرد. PLCها داراي يك سري توابع دروني از قبيل: تايمرها و شمارنده‌ها و شيفت رجيسترها مي‌باشند كه امكان كنترل مناسب را‏، حتي با استفاده از كوچك‌ترين PLC نيز، فراهم مي‌آورند.

يك PLC با خواندن سيگنال‌هاي ورودي، كار خود را شروع كرده و سپس دستورالعمل‌هاي منطقي (كه قبلاَ برنامه‌ريزي شده و در حافظه جاي گرفته است) را بر روي اين سيگنال‌هاي ورودي اعمال مي‌كند و در پايان، سيگنال‌هاي خروجي مطلوب را براي راه‌اندازي تجهيزات و ماشين‌آلات توليد مي‌نمايد. تجهيزات استانداردي درون PLCها تعبيه شده‌اند كه به آن‌ها اجازه مي‌دهد مستقيماَ و بدون نياز به واسطه‌هاي مداري يا رله‌ها، به المان خروجي يا محرك (actuator) و مبدل‌هاي ورودي (مانند پمپ‌ها و سوپاپ‌ها) متصل شوند.

با استفاده از PLCها، اصلاح و تغيير يك سيستم كنترل بدون نياز به تغيير محل اتصالات سيم‌ها ممكن شده است.

برخي ويژگي‌هاي خاص، آن‌ها را ابزاري مناسب جهت انجام عمليات كنترل صنعتي نموده است. برخي از اين ويژگي‌ها عبارتند از:

تجهيزات حفاظت كننده‌ها PLCها از نويز و شرايط نامساعد محيطي

ساختار PLCها، كه به سادگي امكان تعويض يا افزودن واحد يا واحدهايي را به PLC مي‌دهد. (مثلاَ واحد ورودي/ خروجي)

اتصالات استاندارد ورودي/ خروجي و نيز سطوح سيگنال استاندارد

زبان برنامه‌نويسي قابل درك و آسان (مانند دياگرام نردباني يا نمودار وظايف)

محدوده PLCهاي در دسترس، از PLCهاي جامع و كامل كوچك با 20 ورودي/ خروجي و 500 مرحله يا گام برنامه‌نويسي تا سيستم‌هاي مدولار با مدول‌هاي قابل افزايش را دربرگرفته است مدول‌ها براي انجام وظايفي نظير:

ورودي/ خروجي آنالوگ

كنترل PID (تناسبي، انتگرال‌گير و مشتق‌گير)

ارتباطات

نمايش گرافيكي

ورودي/ خروجي اضافي

حافظه‌هاي اضافي و … استفاده مي‌شوند.

كنترل كننده هاي قابل برنامه‌ريزي (PLC)ها:

PLCها، كامپيوترهايي ساخته شده به منظور خاص هستند كه شامل سه قسمت اجرايي اصلي مي‌باشند: پردازش‌گر، ورودي/ خروجي و حافظه. سيگنال‌ها از طريق ورودي به PLC فرستاده شده و آن‌گاه در حافظه، ذخيره مي‌شوند. سپس سيگنال‌هاي خروجي به منظور راه‌اندازي تجهيزات مورد نظر، توليد مي‌شوند.

در PLCهاي كوچك‌تر، اين عمليات توسط كارت‌هاي ويژه‌اي انجام مي‌گيرند كه به صورت واحدهاي بسيار فشرده‌اي ساخته شده‌اند، در حالي كه ساختار PLCهاي بزرگتر به صورت مدولار با مدول‌هايي كه بر روي شيارهاي تعبيه شده بر روي دستگاه نصب مي‌شود، بنا گرديده است. اين امر امكان توسعه سيستم را- در صورت ضرورت- به سادگي فراهم مي‌آورد. در هر دوي اين موارد بوردهاي مداري ويژه‌اي، به سادگي تعويض يا برداشته مي‌شود و امكانات تعمير سيستم نيز به سادگي فراهم مي‌آيد.

CPU بر تمام عملياتي كه در PLC رخ مي‌دهد‏، كنترل و نظارت دارد و دستورالعمل‌هاي برنامه‌ريزي شده و ذخيره شده را اجرا مي‌كند.

تمام PLCهاي مدرن براي ذخيره برنامه از حافظه‌هاي نيمه هادي مانند EPROM, RAM يا EEPROM استفاده مي‌كنند.

عملاَ از RAM براي تكميل برنامه مقدماتي و تست آن استفاده مي‌شود، زيرا كه امكان تغيير و اصلاح راحت برنامه را فراهم مي‌آورد.

پس از اين كه يك برنامه تكميل شد و مورد آزمايش قرار گرفت مي‌توان آن را در PROM يا EPROM، كه اغلب ارزانتر از قطعات RAM مي‌باشند، بار (Load) كرد. برنامه‌ريزي PROM معمولاَ توسط يك برنامه‌ريز مخصوص صورت مي‌گيرد.

PLC‌هاي كوچك معمولاَ تا حدي به دليل ابعاد فيزيكي دستگاه داراي حجم حافظه محدود و ثابتي مي‌باشند. حجم اين حافظه‌ها بسته به توليدكننده آن‌ها بين 300 تا 1000 دستورالعمل متفاوت است. اين حجم حافظه ممكن است كمتر از آني به نظر آيد كه مناسب جهت امور كنترلي باشد‏، اما تقريباَ حدود 90 درصد عمليات مورد نياز كنترل‌هاي دودويي با كمتر از 1000 دستورالعمل قابل اجرا مي‌باشند. بنابراين فضاي حافظه لازم براي بيشتر كاربردها فراهم خواهد آمد.

PLCهاي بزرگتر از مدول‌هاي حافظه‌اي استفاده مي‌كنند كه بين K1 تا K64 فضاي حافظه را فراهم مي‌آورند. اين مدول‌ها امكان گسترش سيستم را با افزودن كارت‌هاي حافظه RAM يا PROM به PLC فرام مي‌آورند.

معيار اوليه مشخص كننده اندازه PLCها، در قالب حجم حافظه برنامه و حداكثر تعداد ورودي و خروجي‌هايي كه سيستم قادر به پشتيباني از آن‌هاست ارائه مي‎شود. اما به منظور ارزيابي و محك مناسب هر PLC، بايد خصوصيات ديگري از آن، از قبيل نوع پردازشگر، زمان اجراي يك سيكل برنامه، تسهيلات زبان برنامه‌نويسي، توابع (از قبيل شمارنده، تايمر و …) قابليت توسعه و … را نيز در نظر بگيريم.

معمولاَ، PLCهاي كوچك و «ميني PLCها» به صورت واحدهاي قدرتمند، كارآ و فشرده‌اي طراحي مي‌شوند كه قابل جاسازي بر روي، يا كنار تجهيزات تحت كنترل باشند. آن‌ها عمدتاَ به عنوان جايگزين سيستم‌هاي رله‌اي غيرقابل تغيير توسط اپراتور، تايمر، شمارنده و غيره مورد استفاده قرار مي‌گيرند تا بخش‌هاي مجزا و منفرد كارخانجات يا ماشين‌آلات را كنترل كنند، اما مي‌توان آن‌ها براي هماهنگ كردن عملكرد چند ماشين در تلفيق با يكديگر سود جست.

PLCهاي كوچك قادر به توسعه تعداد كانال‌هاي ورودي و خروجي با استفاده از يك يا دو مدول ورودي/ خروجي مي‌باشند.

PLCهاي بزرگ براي استفاده در كارخانجات عظيم يا ماشين‌هاي بزرگي كه به كنترل پيوسته نيازمندند، طراحي شده‌اند.

همچنين آن‌ها به عنوان كنترل كننده‌ ناظر آن نظارت (monitor) و كنترل كردن چندين PLC ديگر يا ساير ماشين‌هاي هوشمند به كار مي‌روند.

در PLC‌هاي بزرگ از:

پردازشگر 16 بيتي به عنوان پردازشگر اصلي جهت محاسبات ديجيتالي و همچنين به كارگيري متن.

پردازشگرهاي تك‌بيتي به عنوان پردازشگر همكار براي محاسبه سريع‏، ذخيره‌سازي و …