I. مقدمه
در زمینه اتوماسیون صنعتی، PLC (Programmable Logic Controller) به یک دستگاه کنترلی ضروری تبدیل شده است. از طریق دستورالعملهای برنامهریزیشده از قبل، PLCها کنترل خودکار تجهیزات صنعتی را امکانپذیر میکنند و کارایی تولید را تا حد زیادی بهبود میبخشند. این مقاله مقدمهای مفصل درباره اصول کار و اجزای اصلی مدارهای کنترل PLC ارائه میکند تا به خوانندگان کمک کند تا فناوری PLC را بهتر درک کنند و به کار ببرند.
II. اصول کار مدارهای کنترل PLC
اصل عملکرد مدار کنترل PLC اساساً بر اساس واحد پردازش داخلی و ماژول های I/O (ورودی/خروجی) آن است. در زیر روند کار یک مدار کنترل PLC نشان داده شده است:
مرحله اولیه و خود-تشخیص
وقتی PLC روشن میشود، ابتدا اولیهسازی و خود{0}}عیبیابی را انجام میدهد. مقداردهی اولیه شامل عملیاتی مانند پاک کردن حافظه و تنظیم حالت اولیه است. خود-تشخیص شامل بررسی سخت افزار داخلی PLC برای اطمینان از عملکرد صحیح آن است. اگر خود{4}}عیب یابی یک خطای سخت افزاری را تشخیص دهد، PLC وارد حالت خطا می شود و اطلاعات خطای مربوطه را خروجی می دهد.
فاز نمونه برداری ورودی
در طول مرحله نمونه برداری ورودی، PLC وضعیت تمام نقاط ورودی را به ترتیب طبق ترتیب اسکن می خواند و این اطلاعات وضعیت را در ناحیه تصویر ورودی ذخیره می کند. این فرآیند به صورت موازی اتفاق می افتد. یعنی وضعیت تمام نقاط ورودی در یک چرخه اسکن خوانده می شود. توجه به این نکته حائز اهمیت است که پس از تکمیل مرحله نمونه برداری ورودی، هرگونه تغییر بعدی در وضعیت نقاط ورودی بر محتوای ناحیه تصویر ورودی برای آن چرخه اسکن تأثیری نخواهد داشت.
فاز اجرای برنامه کاربر
در مرحله اجرای برنامه کاربر، PLC عملیات منطقی و پردازش داده ها را طبق برنامه نوشته شده توسط کاربر انجام می دهد. این برنامهها معمولاً به شکلهایی مانند نمودارهای نردبانی یا فهرست دستورالعملها نشان داده میشوند که روابط منطقی بین ورودیها و خروجیها را توصیف میکنند. PLC هر دستورالعمل را به ترتیب مشخص شده توسط برنامه اجرا می کند و محتویات ناحیه تصویر خروجی را بر اساس اطلاعات وضعیت موجود در ناحیه تصویر ورودی به روز می کند.
فاز تازه سازی خروجی
پس از اتمام اجرای برنامه کاربر، PLC وارد فاز تازه سازی خروجی می شود. در طی این مرحله، PLC وضعیت ماژول های خروجی را بر اساس اطلاعات وضعیت موجود در ناحیه تصویر خروجی به روز می کند و در نتیجه عملکرد دستگاه های خارجی را کنترل می کند. این فرآیند نیز به صورت موازی اتفاق می افتد. یعنی در طی یک چرخه اسکن، وضعیت همه ماژول های خروجی به روز می شود.
توجه به این نکته مهم است که PLC از طریق یک فرآیند اسکن چرخه ای عمل می کند. یعنی پس از تکمیل یک چرخه اسکن، بلافاصله چرخه بعدی شروع می شود. این عملیات اسکن چرخه ای PLC را قادر می سازد تا در زمان واقعی به تغییرات ورودی های خارجی پاسخ دهد و عملکرد دستگاه های خارجی را کنترل کند.
III. اجزای اصلی یک مدار کنترل PLC
اجزای اصلی مدار کنترل PLC شامل ماژول منبع تغذیه، ماژول CPU، ماژول های ورودی، ماژول های خروجی و ماژول های ارتباطی است. در زیر شرح مفصلی از هر جزء ارائه شده است:
ماژول منبع تغذیه
ماژول منبع تغذیه وظیفه تامین یک منبع تغذیه پایدار برای PLC را بر عهده دارد. معمولاً شامل مدارهایی برای اصلاح، فیلتر کردن و تنظیم ولتاژ است تا اطمینان حاصل شود که PLC در شرایط مختلف عملیاتی به طور عادی کار می کند.
ماژول CPU
ماژول CPU جزء اصلی PLC است که وظیفه پردازش داده ها و عملیات منطقی را بر عهده دارد. معمولاً شامل اجزایی مانند ریزپردازنده، حافظه، شمارندهها و تایمرها است که به آن امکان میدهد الگوریتمهای کنترل پیچیده و وظایف پردازش داده را اجرا کند. ماژول CPU همچنین وظیفه ارتباط و تبادل داده با ماژول های دیگر را بر عهده دارد.
ماژول ورودی
ماژول ورودی سیگنال های ورودی خارجی را دریافت می کند و آنها را به سیگنال های دیجیتالی تبدیل می کند که PLC می تواند تشخیص دهد. معمولاً شامل اجزایی مانند مدارهای ایزوله نوری و مبدل های A/D برای اطمینان از پایداری و دقت سیگنال های ورودی است.
ماژول خروجی
ماژول خروجی وظیفه تبدیل سیگنال های دیجیتال از داخل PLC را به سیگنال های کنترلی دارد که دستگاه های خارجی می توانند آن را تشخیص دهند. ماژول خروجی معمولاً شامل اجزایی مانند مبدل های D/A و تقویت کننده های قدرت برای هدایت دستگاه های خارجی برای انجام اقدامات مربوطه است.
ماژول ارتباطات
ماژول ارتباطی وظیفه تسهیل ارتباط بین PLC و سایر دستگاه ها یا سیستم ها را بر عهده دارد. معمولاً از چندین پروتکل ارتباطی و رابط های شبکه مانند اترنت و ارتباط سریال پشتیبانی می کند تا اتصال و تبادل داده با دستگاه های خارجی مختلف را فعال کند.
IV. خلاصه
مدارهای کنترل PLC به دلیل کارایی، پایداری و قابلیت اطمینان به طور گسترده در زمینه اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. با به دست آوردن درک کامل از اصول کار و اجزای اساسی مدارهای کنترل PLC، می توانیم فناوری PLC را بهتر درک کرده و به کار ببریم و از این طریق به توسعه اتوماسیون صنعتی کمک کنیم.