PLC برای انجام عملکردهای کنترلی به ویژه برای کاربردهای صنعتی طراحی شده است. اکثر PLC های امروزی ماژولار هستند و به کاربر اجازه می دهند مجموعه ای از عملکردها از جمله کنترل گسسته، کنترل آنالوگ، کنترل PID، کنترل موقعیت، کنترل موتور، ارتباط سریال و شبکه های پرسرعت را اضافه کند. در مقایسه با فناوری های قدیمی تر، عیب یابی PLC آسان تر، قابل اطمینان تر، مقرون به صرفه تر و بسیار متنوع تر است.
آموزش plc در سال های اخیر رواج زیادی داشته است و افراد زیادی به این رشته ورود کرده اند. پس بیایید در این مقاله به بررسی بیشتر آن بپردازیم.
یک PLC از چند بخش اساسی تشکیل شده است که شامل منبع تغذیه، یک واحد پردازش مرکزی یا CPU، کارت های ورودی/خروجی و یک صفحه پشتی یا قفسه ای که این قطعات در آن قرار می گیرند. صفحه پشتی، یک اتصال الکتریکی بین تمام اجزای جداگانه ایجاد می کند و به PLC طراحی ماژولار را می دهد. این اتصال الکتریکی شامل سیگنال های برق و ارتباط است. بسیاری از تولیدکنندگان PLC از پروتکل های ارتباطی اختصاصی در backplane استفاده می کنند تا I/O بتواند به طور ایمن با CPU صحبت کند.
منبع تغذیه بسته به کاربرد و شرایط نصب، ولتاژ 125VAC یا 24VDC را ارائه می دهد. همانطور که در بالا ذکر شد، این ولتاژ به پایین صفحه پشتی منتقل می شود و برای ماژول های CPU و I/O، که به شکل "کارت" هستند، برق را تامین می کند. این کارت ها را می توان به سرعت از اسلات خود در حامل اضافه یا حذف کرد.
خارج از PLC دو جزء بسیار مهم وجود دارد: دستگاه برنامه نویسی و رابط انسان و ماشین (HMI). دستگاه برنامه نویسی می تواند یک کامپیوتر رومیزی، لپ تاپ یا ابزار دستی از همان سازنده باشد. همچنین PLC های I/O ثابت با نمایشگرها و دکمه های داخلی وجود دارد که به برنامه ها اجازه می دهد مستقیماً روی PLC نوشته شوند.
در حالی که دستگاه برنامه نویسی به کاربر اجازه می دهد تا کد در حال اجرا بر روی PLC را مشاهده و اصلاح کند، HMI سطح بالاتری از انتزاع را ارائه می دهد و سیستم کنترل را به عنوان یک کل مدل می کند. نمایشگرهای تعاملی بسیار رایج هستند و اغلب مستقیماً روی محفظه PLC یا در نزدیکی آن برای استفاده اپراتور نصب می شوند.
در صنایع بزرگ و پیچیده امروزی، HMI به یک ویژگی حیاتی در پیاده سازی و استقرار یک سیستم کنترل تبدیل شده است. همانطور که از نامش پیداست، رابط انسان و ماشین پنجره کاربر به طرح یا فرآیند کنترل است. این به کاربر اجازه می دهد تا سیستم کنترل را نظارت کند، با آن تعامل داشته باشد و در صورت لزوم آن را خاموش کند.
قبل از HMI های مدرن، اپراتورهای نیروگاه برای درک وضعیت فرآیندهای خود به دیوارهای گیج های آنالوگ و لامپ های روشنایی تکیه می کردند. باز کردن دریچه برای از بین بردن فشار در لوله یا پایین آوردن یک حلقه کنترل دما را نمی‌توان از طریق ماوس کامپیوتر یا صفحه لمسی خازنی انجام داد، بلکه باید به اپراتور خارجی ارسال می‌شد که این عمل را به صورت دستی انجام می‌داد.
مهندس برق به ندرت در چنین سطح بالایی کار می کند و بیشتر به طراحی و اجرای قطعات جداگانه PLC علاقه مند است. کارت ورودی گسسته چگونه کار می کند؟ چگونه یک کارت خروجی آنالوگ خروجی خود را هدایت می کند؟
در مقاله بعدی از سری PLC، نگاهی دقیق‌تر به سخت‌افزاری خواهیم داشت که باعث می‌شود کد PLC در وهله اول اجرا شود و سپس وارد زبان‌های گرافیکی می‌شویم که مهندسان برای نوشتن کد استفاده می‌کنند.
IEC 61131-3 بخش سوم استاندارد بین المللی برای کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی است. در این بخش از استاندارد، معماری نرم افزار و زبان های برنامه نویسی معتبر یک PLC آورده شده است.
این استاندارد پنج زبان مختلف را فهرست می‌کند که سه تای آن‌ها گرافیکی و دو تای آن‌ها مبتنی بر متن هستند. زبان ها به شرح زیر است:
نمودار نردبانی که اغلب به آن منطق نردبانی می گویند، یکی از برجسته ترین زبان هایی است که برای برنامه نویسی PLC ها استفاده می شود. من این زبان را در مقاله ای جداگانه با مثال هایی از منطق نردبان پوشش دادم.
منطق نردبانی به مهندسان و تکنسین هایی که برای رله منطق استفاده می کردند کمک کرد تا خودشان را به برنامه نویسی PLC عادت دهند. با وجود این، نگهداری و اصلاح برنامه‌های منطق نردبانی زمانی که تعداد پله‌ها خیلی زیاد می‌شود، بسیار سخت می‌شود. سیستم‌های بزرگ می‌توانند زیرروال‌های متعددی داشته باشند که روی یک CPU اجرا می‌شوند که هر کدام صدها پله منطق نردبانی دارند. یک بیت داخلی در پله سه می تواند در پایین تر از نردبان در پله صد و سه استفاده شود. این مشکلات آشکاری دارد و منجر به ایجاد زبان های مدرن تر شده است.
نمودار بلوک تابع یا FBD، احتمالاً گسترده ترین زبان برنامه نویسی مورد استفاده در کنترل صنعتی است. این یک زبان گرافیکی است که در آن عملکرد سیستم از طریق بلوک هایی توصیف می شود که متغیرهای سیستم را به عنوان ورودی می پذیرند و متغیرهای سیستم و سیگنال های کنترل را به عنوان خروجی تولید می کنند. به عنوان مثال، به جای قرار دادن دو دستور XIC به صورت سری، می توان از یک بلوک تابع AND استفاده کرد. این می تواند ساختار برنامه نویسی را تا حد زیادی ساده کند و در صورت نیاز سطح بیشتری از انتزاع را اضافه کند. تصویر زیر نمونه ای از نمودار FDB را از وب سایت اشنایدر الکتریک نشان می دهد.
نمودار تابع ترتیبی (SFC)، متن ساختاریافته (ST) و فهرست دستورالعمل (IL) کمتر از FBD رایج هستند، اما در کاربردهای خاصی ارزشمند هستند و در بسیاری از سیستم‌های صنعتی استفاده می‌شوند.
زبان SFC
SFC یک زبان گرافیکی است که در آن نمودار به یک سری مراحل و انتقال تقسیم می شود. مراحل روی داده ها و I/O انجام می دهند و انتقال ها به عنوان عبارات شرطی عمل می کنند که جریان برنامه را از یک مرحله به مرحله دیگر کنترل می کنند. یکی از مکان‌هایی که SFCها بهترین عملکرد را دارند واحدهای پردازش دسته‌ای است. در کنترل دسته ای، مواد یک به یک اضافه می شوند و سپس اقدامات روی آن مواد انجام می شود. این مانند پیروی از یک دستور پخت است، با موادی که به جای مخلوط کردن، ریختن و پختن، هم زده، پمپ می شوند و واکنش نشان می دهند.
زبان ST
دو زبان دیگر برای کسانی که پیشینه برنامه نویسی دارند آشناتر به نظر می رسند. متن ساختاریافته یک زبان برنامه نویسی سطح بالا برای PLC ها است، مانند C یا BASIC. کد مختصر و مدولار است و سطوح بالایی از انتزاع را پشتیبانی می کند. ST اغلب زمانی استفاده می شود که مقادیر زیادی از ریاضی یا دستکاری داده ها مورد نیاز است. بلوک‌ها، حلقه‌ها و آرایه‌های تودرتوی if-else اغلب برای برنامه‌ریزی گرافیکی بیش از حد دست و پا گیر هستند.
