اصول و نحوه طراحی یك سیستم كنترلی با استفاده از یك PLC

اتوماسیون صنعتی

با توجه به پیشرفت بسیار سریع تكنولوژی و وجود رقابت‌های شدید در بین صنعتگران دو مقولة دقت و زمان در انجام كارهای تولیدی و خدماتی بسیار مهم و سرنوشت ساز شده است. دیگر سیستم‌های  قدیمی جوابگوی نیازهای  صنعت توسعه یافتة امروز نبوده و بكار بردن سیستمهایی كه با دخالت مستقیم نیروی انسانی عمل می كنند، امری نامعقول می‌نمود. چرا كه در این موارد دقت و سرعت عمل سیستم بسیار پایین و وابسته به نیروی كاربر است. بنابراین ماشین‌های هوشمند و نیمه‌هوشمند وارد بازار صنعت شدند.  و بعد از مدتی آنچنان جای خود را پیدا كردند كه علاوه بر زمینه‌های صنعتی در كارهای خدماتی نیز جایگاه ویژه‌ای یافتند. كنترل سیستم‌های بسیار پیچیده‌ای كه قبلاً غیرممكن بود براحتی انجام می‌گرفت . مكانیزه كردن سیستم‌ها و ماشین آلات (اتوماسیون صنعتی ) مقوله بسیار مهم و پرطرفداری شده و نیاز به آن هر روز بیشتر و بیشتر مشهود می‌شود . اتوماسیون صنعتی در زمینه‌های بسیار گسترده‌ای كاربرد دارد از مكانیزه كردن یك ماشین بسیار سادة كنترل سطح گرفته تا مكانیزه نمودن چندین خط تولید و شبكه كردن آنها با هم .  با نگاهی به محیط اطراف‌مان می‌توانیم نمونه‌های بسیار زیادی از كاربرد اتوماسیون ا را در اغلب زمینه‌ها پیدا كنیم.. در اتوماسیون واحدهای مسكونی جدید ، در شبكه‌های مخابراتی ، در سیستم‌های دفع فاضلاب ، سیستم توزیع برق ، كارخانجات مختلف و ...
در یك سیستم اتوماسیون شده كنترل پروسه توسط ماشین انجام می‌شود و در این سیستمها دخالت انسان به حداقل و در برخی موارد به صفر رسیده است. سیستم با گرفتن سیگنالهای ورودی از قطعاتی نظیر سنسورهای تشخیص فشار ، رنگ ، سطح مایعات ، قطعات فلزی ، سنسورهای دما  ، ميكرو سوييچ‌ها ، كلیدها و شستی‌ها ، واسط ‌های كاربر با ماشین و... وضعیت موجود را حس كرده و بررسی می‌كند و سپس در مورد عكس‌العمل ماشین تصمیم‌گیری كرده و فرمانهای لازمه را به قطعات خروجی كه تحت كنترل ماشین هستند اعمال می‌كند. با توجه به مواردی كه ذكر شد می‌توان ساختار یك سیستم اتوماسیون را بدین صورت لیست نمود:
قطعات ورودی شامل سنسورها ، سوییچ‌ها ، ...
قطعات خروجی  مثل موتور ، پمپ ، شیربرقی ، نشانگرها ...
یك كنترلر داخلی با CPU برای پردازش داده‌ها و اجرای برنامة كنترلی سیستم  و حافظه برای ذخیره نمودن برنامة كنترلی و اطلاعات دریافتی از قطعات ورودی
یك واسط بین كاربر و ماشین Human Machine Interface ( در مواردی كه نیاز به انجام تنظیمات توسط كاربر داریم و یا می‌خواهیم یكسری اطلاعات و آلارم‌ها را به‌ اطلاع كاربر برسانیم .)

توجه داشته باشید با بالا بردن سرعت و دقت كنترلر مورد استفاده در سیستم اتوماسیون شده و انتخاب درست ٱن بر طبق كاربردی كه از آن انتظار داریم می‌توانیم امكانات و قابلیت‌های سیستم را بالاتر ببریم . بعنوان مثال در یك سیستم سادة كنترل سطح مخزن سرعت پاسخ‌گویی سیستم در حد چند ثانیه هم برای این كار كافی خواهد بود. اما در سیستم‌های پیچیدة موقعیت‌یاب یا پردازش تصویر به سیستم‌های بسیار سریعتر و دقیقتر احتیاج داریم و سرعت پاسخگویی در حد میكرو ثانیه برای ما لازم است.
 بعنوان مثال در مواردی كه نیاز به كنترل در یك محیط نامساعد داریم و استفاده از نیروی انسانی بسیار مشكل و یا غیرممكن است چه‌كار باید كرد. در محیط‌هایی با شرایط آب و هوایی بسیار بد و با مناطق جغرافیایی صعب‌العبور و یا در محیط‌هایی كه آلودگی صوتی و یا آلودگی‌های شدید تنفسی دارند ...
در این موارد ایمن‌ترین و با صرفه‌ترین گزینه اتوماسیون كردن سیستم‌ها و استفاده از ماشین‌ بجای انسان است. اجرای كامل سیكل كنترلی ، گرفتن گزارشات لازم در حین انجام عملیات كنترلی ، قابلیت تغییر سیكل كاری و تعریف نمودن پارامترهای كنترلی ، امكان انجام كنترل دستی در موارد اضطراری و....
حال به مثال دیگری می‌پردازیم.  حساب كنید در یك سیستم بسیار سادة بسته‌بندی محصولات غذایی برای بسته‌بندی هزار كیلو شكر در بسته‌های یك كیلویی به چند نفر و چقدر زمان احتیاج داریم. چند نفر برای وزن كردن محصول ، چند نفر برای آماده‌سازی پكت ها ، چند نفر برای پركردن پكت ها و بسته‌بندی آن ، زدن تاریخ مصرف و ... در این گونه سیستم‌ها مشكلات زیادی وجود دارد كه به برخی از آنها در زیر اشاره شده است:
نقش PLC در اتوماسيون صنعتي

مقدمه
امروزه در بین كشورهای صنعتی ، رقابت فشرده و شدیدی در ارائه راهكارهایی برای كنترل بهتر فرآیندهای تولید ، وجود دارد كه مدیران و مسئولان صنایع در این كشورها را بر آن داشته است تا تجهیزاتی مورد استفاده قرار دهند كه سرعت و دقت عمل بالایی داشته باشند.  بیشتر این تجهیزات شامل سیستم‌های استوار بر كنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (Programmable Logic Controller)  هستند. در بعضی موارد كه لازم باشد می‌توان PLCها را با هم شبكه كرده و با یك كامپیوتر مركزی مدیریت نمود تا بتوان كار كنترل سیستم‌های بسیار پیچیده را نیز با سرعت و دقت بسیار بالا و بدون نقص انجام داد.
قابلیت‌هایی از قبیل توانایی خواندن انواع ورودی‌ها (دیجیتال ، آنالوگ ، فركانس بالا...) ، توانایی انتقال فرمان به سیستم‌ها و قطعات خروجی ( نظیر مانیتورهای صنعتی ، موتور، شیر‌برقی ، ... ) و همچنین امكانات اتصال به شبكه ، ابعاد بسیار كوچك ، سرعت پاسخگویی بسیار بالا، ایمنی ، دقت و انعطاف پذیری زیاد این سیستم‌ها باعث شده كه بتوان كنترل سیستم‌ها را در محدوده وسیعی انجام داد.
مفهوم كنترلرهای قابل برنامه‌ریزی PLC
در سیستم‌های اتوماسیون وظیفه اصلی كنترل بر عهده PLC است كه با گرفتن اطلاعات از طریق ترمینالهای ورودی، وضعیت ماشین را حس كرده و نسبت به آن پاسخ مناسبی برای ماشین فراهم می‌كند. امكان تعریف مدهای مختلف برای ترمینالهای ورودی/خروجی یك PLC، این امكان را فراهم كرده تا بتوان PLC را مستقیما به المانهای دیگر وصل كرد. علاوه بر این PLC شامل یك واحد پردازشگر مركزی( CPU) نیز هست، كه برنامه كنترلی مورد نظر را اجرا می‌كند. این كنترلر آنقدر قدرتمند است كه می‌تواند هزارها I/O را در مدهای مختلف آنالوگ یا دیجیتال و همچنین هزارها تایمر/ كانتر را كنترل نماید. همین امر باعث شده بتوان هر سیستمی، از سیستم كنترل ماشین‌هایی با چند I/O كه كار ساده‌ای مثل تكرار یك سیكل كاری كوچك انجام می‌دهند گرفته تا سیستم‌های بسیار پیچیده تعیین موقعیت و مكان‌یابی را كنترل نمود. این سیستم می‌تواند بدون نیاز به سیم‌بندی و قطعات جانبی و فقط از طریق نوشتن چند خط برنامه تا صدها تایمر را در آن واحد كنترل و استفاده نماید.
زمان پاسخ‌گویی  Scan Time
این زمان بستگی به سرعت پردازش CPU مدل انتخاب شده PLC و طول برنامه كاربر دارد. از یك میكرو‌ثانیه تا ده میلی ثانیه می‌باشد. مثلا در مواقعی كه I/O از سیستم اصلی دور باشد، چون مجبور به نقل و انتقال سیگنالها به سیستم دورتری هستیم در نتیجه زمان اسكن زیاد می‌شود. همچنین مانیتور كردن برنامه كنترلی اغلب به زمان اسكن می‌افزاید چرا كه CPU كنترلر مجبور است وضعیت كنتاكتها، رله‌ها ، تایمر‌ها و... را روی CRT یا هر وسیله نمایشگر دیگری بفرستد.