اجزای سخت افزاری پی ال سی

این مقاله به بررسی اجزای سازنده پی ال سی ها خواهیم پرداخت. برای مرور به اصطلاح PLC می‌پردازیم؛که مخفف Programmable Logic Controller است. پیشتر در مقالات قبلی در مورد کاربردها و انواع سنسورهای پی ال سی صحبت کرده ایم. برای مشاهده، لینک آنها در پایان این مقاله قرار گرفته است. برای علاقه مندان به یادگیری این حرفه آموزشگاه دکتربرد دوره آموزش پی ال سی را برگزار می‌کند.این دوره شامل مزایایی است. از جمله؛ ارائه مدرک بین المللی معتبر، پشتیبانی مادام العمر پس از پایان دوره، اساتید برجسته و مجرب که خود آنها درر این حرفه فعال هستند. برای کسب اطلاعات بیشتر و آشنایی با شرایط ویژه این دوره با مشاورین ما تماس حاصل کنید.

کاربردهای صنعتی PLC

یک PLC شامل یک کامپیوتر با چندین قطعه سخت افزاری اضافی است؛ که بخشی از آن هستند یا می توانند در هر زمان به آن متصل شوند. قبل از اینکه جلوتر برویم، زمان خوبی است؛ برای بحث در مورد اینکه چگونه و کجا یک PLC به صورت فیزیکی در برنامه های صنعتی گنجانده و با چه چیزی جایگزین شده است.

استارت موتور – دهه 1960

1. بیایید به یک شماتیک معمولی استارت موتور که شاید در دهه 1960 سرچشمه گرفته باشد، نگاه کنیم. ابتدا دکمه استارت را فشار دهید.
2. رله M روشن می‌شود. همزمان موتور با فرض اینکه بار اضافی وجود نداشته باشد؛ کار می‌کند.
3. موتور پس از رها شدن دکمه استارت فعال خواهد ماند. زیرا مجموعه ای از کنتاکت های M در آن مهر و موم می‌شوند.
4. موتور با فشار دادن دکمه Stop متوقف خواهد شد.
5. در این مرحله مدار الکتریکی رله M قطع می‌شود.

استارت موتور – امروز

امروزه در کاربردهای صنعتی، بسیاری از مدارهای استارت موتور با یک PLC جایگزین می‌شوند. جالب اینجاست که بسیاری از دستگاه های فیزیکی اصلی به PLC متصل هستند! سوئیچ های Start و Stop، کنتاکت های OL (overload) و رله M به ماژول های سخت افزاری که بخشی از PLC هستند؛ متصل شده اند.

اجزای سخت افزاری PLC

ماژول یک PCB است؛ که در یک محفظه قرار می گیرد. ماژول های PLC در داخل شاسی قرار دارند. بنابراین هنگام قرار دادن یا خارج کردن یک ماژول، برق باید قطع شود. ماژول ها باید به درستی کار شوند. در غیر این صورت ممکن است به مدار آسیب وارد شود. یک ماژول PLC در اسلات ها دیده می‌شود. شکاف ها در نزدیکی صفحه پشتی قرار می‌گیرند. شکاف ها در شاسی قرار دارند. صفحه پشتی یک بخش شاسی و یک PCB بزرگ است؛ که از گذرگاه آدرس، گذرگاه داده سیستم، گذرگاه برق و کانکتورها تشکیل می‌شود.

1. ماژول منبع تغذیه
2. ماژول ورودی
3. واحد پردازشگر مرکزی (CPU)
4. ماژول خروجی
5. شاسی PLC
6. قفسه PLC
7. رله ها
8. ماژول های ارتباطی
9. مجموعه خاتمه میدان

منبع تغذیه

این یک بخش جدایی ناپذیر PLC است.  انرژی ماژول های ورودی و خروجی و همچنین پردازنده را تامین می‌کند. در این قسمت ولتاژ AC به ولتاژ DC تبدیل می شود. منبع تغذیه برای ولتاژ تغذیه به شبکه AC متصل است. خروجی منبع تغذیه یک ولتاژ DC است؛ که برای تغذیه تمام ماژول های دیگر مرتبط با PLC استفاده می‌شود. منبع تغذیه برای دستگاه های صحرایی برق را تامین نمی‌کند.

ورودی

این ماژول برای تعامل بین دستگاه فیلد ورودی و کنترلر مورد نیاز است. دستگاه‌های ورودی به ماژول‌های ورودی متصل می‌شوند. ماژول‌های ورودی باید سیگنال‌ها را به واحد پردازشگر کنترل یا CPU حس کرده و ارسال کنند. دستگاه های ورودی اطلاعات وضعیت را ارائه می‌دهند. این کار توسط دستگاه هایی مانند دکمه های فشاری و حسگرها انجام می‌شود. این دستگاه ها به ماژول های ورودی متصل هستند. این ماژول های ورودی سیگنال های میدانی را از دستگاه های ورودی در سطح ولتاژ پایین ارائه می‌کنند که برای پردازش CPU مناسب خواهد بود.

ورودی آنالوگ و دیجیتال را می‌توان توسط ماژول ورودی پردازش کرد. بیشتر ورودی های دیجیتال برای فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شود. رابط ورودی سیگنال ها را از دستگاه دریافت می کند. سپس آن را به سیگنال مناسبی تبدیل می‌نماید؛ که می‌تواند مورد استفاده CPU واقع شود. بنابراین اساساً یک رابط ورودی اطلاعات وضعیت مربوط به فرآیندی را که قرار است توسط PLC کنترل شود را ارائه می‌دهد.

انواع ماژول ورودی

 ورودی آنالوگ

این برای تبدیل سیگنال های آنالوگ دریافتی از دستگاه های خاص مانند سنسورهای فشار استفاده می‌شود. سنسور فشار یک سیگنال آنالوگ ارائه می‌دهد. این سیگنال را می‌توان با کمک مدار مبدل آنالوگ به دیجیتال (مبدل A / D یا مبدل A به D) در ماژول ورودی آنالوگ به دیجیتال تبدیل کرد.

 ورودی دیجیتال

این ماژول ورودی سیگنال ورودی دیجیتال را به سیگنال دیجیتال با ولتاژ پایین تبدیل می کند. این سیگنال طبق منطق کنترل توسط CPU پردازش می شود؛پاسخ مربوطه تولید می‌کند.

واحد پردازش مرکزی CPU

این بخش عمده PLC است. این بخش برای انجام کنترل فرآیند صنعتی بسیار مهم است. CPU توابع مختلف منطقی و دستکاری داده ها را انجام می‌دهد و این کار با بخش های ورودی / خروجی انجام می‌شود. این دستگاه به PLC کمک می‌کند تا با کامپیوتر، دستگاه های میدانی ارتباط برقرار کند و همچنین می‌تواند با PLC های دیگر ارتباط برقرار کند.

در PLC ثابت CPU داخلی خواهد بود. در حالی که در نوع ماژولار یک ماژول پلاگین استفاده می‌شود. ماژول پردازش دارای دو بخش است:

1.  بخش CPU
2.  بخش حافظه

اجرای برنامه توسط CPU انجام می‌شود. در حالی که بخش حافظه برنامه را ذخیره می‌کند. توان مورد نیاز برای پردازنده توسط منبع تغذیه PLC تامین می‌شود. در یک CPU PLC، ما می‌توانیم یک ریزپردازنده پیدا کنیم. این ریزپردازنده برای کاربردهای کنترل صنعتی طراحی شده است. برخی از PLC ها دارای دو پردازنده مانند PLC مقاوم در برابر خطا هستند.

وظایف اصلی یک CPU PLC

1. اطلاعات وضعیت را از دستگاه های ورودی مختلف می‌پذیرد.
2. اجرای برنامه
3. گام های مناسب برای عملیات یا فرآیند دستگاه برداشته خواهد شد.
4. بسیاری از توابع منطقی را انجام می‌دهد.
5. سیگنال خروجی مورد نیاز را برای کنترل دستگاه های میدان خروجی مانند شیرهای کنترل، سیم پیچ های رله و غیره فراهم می‌کند.

حالت های مختلف عملکرد CPU PLC چیست؟

1. اجرا کن
2. برنامه
3. از راه دور

حالت اجرا

در این حالت برنامه اجرا می شود و به دستگاه های خروجی نیز انرژی می دهد. در این حالت، هیچ برنامه ویرایش آنلاین وجود نخواهد داشت. ما نمی توانیم با استفاده از رابط برنامه نویس / اپراتور در این مدل حالت پردازنده را تغییر دهیم.

حالت برنامه

در این حالت، پردازنده از اسکن یا اجرای برنامه جلوگیری می‌کند؛ و خروجی کنترلر روشن نمی‌شود. ویرایش و ورود برنامه در این حالت امکان پذیر است. در این حالت، ما نمی‌توانیم با استفاده از رابط برنامه نویس یا اپراتور، حالت پردازنده را تغییر دهیم.

حالت از راه دور

ما می‌توانیم با استفاده از این با کمک برنامه نویس یا رابط اپراتور، حالت پردازنده را تغییر دهیم. ما می‌توانیم حالت از راه دور مانند اجرای از راه دور، برنامه از راه دور، یا حالت تست از راه دور را انتخاب کنیم.

ماژول های خروجی

دستگاه میدان خروجی و تعامل کنترلر به دلیل این ماژول انجام می‌شود. دستگاه های خروجی می‌توانند یک شیر، موتور، پمپ، لامپ و غیره باشند. سیگنال CPU برای کنترل دستگاه های میدانی سیگنال های سطح پایین خواهد بود. این سیگنال ها توسط ماژول خروجی تقویت می‌شوند.

ماژول های ورودی/خروجی چه وظایفی دارند؟

• ارتباط پردازنده با دستگاه میدانی تسهیل می‌شود.
• اتصال دستگاه میدان به PLC
• اتصال دستگاه و فرآیند را تسهیل کنید.
• با توجه به نیاز، قدرت سیگنال ورودی/خروجی را تغییر می‌دهد.
• سیگنال‌های مجزا را از دستگاه ورودی به PLC ارائه و سیگنال‌های ON/OFF را از PLC به دستگاه خروجی ارسال می‌کند.

 شاسی PLC

ما می‌توانیم شاسی را به عنوان محفظه PLC مدولار تعریف کنیم. اساساً این یک مجموعه سخت افزاری است که اجزایی مانند منبع تغذیه، ماژول پردازنده و همچنین ماژول های ورودی/خروجی را یکپارچه می‌کند.

نحوه تقسیم شاسی به گروه های ورودی و خروجی

آدرس دهی یک اسلات

این نوع آدرس دهی اسلات، در مواردی به کار می‌رود؛ که از یک اسلات شاسی برای یک گروه ورودی و خروجی استفاده شود.

آدرس دهی دو اسلات

هنگامی که یک گروه ورودی و خروجی در دو اسلات شاسی پخش می شود؛ از این نوع آدرس دهی کمک می‌گیریم.

آدرس دهی نیم اسلات

اگر دو گروه ورودی و خروجی در یک اسلات شاسی باشند؛ از این نوع آدرس استفاده می‌شود.

 قفسه PLC

همگام سازی ارتباط برق و سیگنال را می توان در یک PLC با کمک یک رک انجام داد. رک از بسیاری از ماژول های ورودی و خروجی تشکیل شده است. یک رک منطقی از 128 نقطه ورودی و خروجی تشکیل شده است. رک از یک جدول تصویر ورودی 8 کلمه ای و همچنین یک جدول تصویر خروجی 8 کلمه ای استفاده می‌کند. گروه ورودی و خروجی را می‌توان به عنوان کلمه ای که در فایل جدول تصویر خروجی و همچنین کلمه مربوطه در فایل جدول تصویر ورودی قرار دارد تعریف کرد. بنابراین با کمک رک می‌توان به راحتی ماژول‌های ورودی و خروجی را نزدیک دستگاه‌های میدانی قرار داد و به همین دلیل به سیم‌کشی کمتری نیاز است. رک از راه دور یک شماره حالت جداگانه خواهد داشت تا بتوانیم به راحتی هر رک را تعیین کنیم. رک محلی با کمک ماژول های ارتباطی به رک راه دور متصل می‌شود.

تنها یک رک برای PLC های کوچک وجود دارد و به همین دلیل آدرس دهی IO را ثابت کرده است. ما می‌توانیم ماژول‌های ورودی و خروجی را در هر جایی از رک نگه داریم. اما بیشتر آنها برای سیم‌کشی آسان در کنار هم قرار می‌گیرند. بنابراین اساساً یک رک قطعه‌ای است که می‌تواند همه چیز را در کنار هم نگه دارد، رک می‌تواند با توجه به ماژول‌های I/O اندازه‌های مختلفی داشته باشد. کارت ها می توانند از طریق رک با CPU ارتباط برقرار کنند و همچنین منبع تغذیه به رک متصل می‌شود. در نتیجه ماژول هایی که به رک متصل می‌شوند؛ برق DC تنظیم شده را دریافت می‌کنند.

نحوه تخصیص شماره قفسه

• هشت گروه ورودی و خروجی، یک عدد رک ورودی و خروجی در هر حالت آدرس دهی هستند.
• بر اساس اندازه شاسی و حالت آدرس دهی، می‌توانیم تا 4 رک را به پردازنده خود اختصاص دهیم.
• ما نمی‌توانیم رک IO محلی پردازنده را برای بیش از یک شاسی تقسیم کنیم.
• ما نمی ‌وانیم گروه های ورودی و خروجی ساکن پردازنده استفاده نشده را به ورودی و خروجی راه دور اختصاص دهیم.
• آدرس پیش فرض رک محلی پردازنده صفر خواهد بود.
• رک ها را نمی‌توان در ورودی و خروجی راه دور تقسیم کرد.

رله ها

هدف رله انجام عمل کنترل است. بنابراین با کمک این دستگاه یک سیگنال کنترلی به یک عمل کنترلی تبدیل می‌شود. ایزولاسیون بین ماژول های خروجی و دستگاه های میدانی توسط این دستگاه قابل دستیابی است. با یک سیگنال کوچک می‌توان عملکرد عظیمی را انجام داد؛ و تعامل اپراتور به دلیل این دستگاه کاهش می‌یابد. رله همچنین به عنوان یک عایق بین ولتاژ بالا و پایین یک بخش مدار عمل می کند. عملکرد رله با کمک میدان مغناطیسی انجام می‌شود.

عملکردهای اصلی رله در اتوماسیون PLC

• کنترل خط مونتاژ
• راه اندازی موتور
• کنترل بار
• می‌تواند یک جریان الکتریکی بزرگ را خاموش کند.
• می‌توان از گرم شدن بیش از حد موتور جلوگیری کرد.
• تشخیص می‌دهد که آیا جریان یا ولتاژ از حد مجاز فراتر رفته است.

 ماژول های ارتباطی

ماژول های ارتباطی برای انتقال و دریافت داده ها در یک PLC مفید خواهند بود. نمونه ای از آن MODBUS است؛ که این نوع پروتکل ارتباطی برای تبادل داده بین دستگاه های الکترونیکی طراحی می‌شود. بنابراین با کمک پروتکل ارتباطی، یک PLC می‌تواند با تأسیسات صنعتی مانند رایانه یا هر دستگاه دیگری که به PLC متصل است؛ ارتباط برقرار کند.

هدف اصلی ماژول های ارتباطی PLC

• می‌توان برنامه را از دسکتاپ تغییر داد.
• نقاط ورودی و خروجی و عناصر حافظه را می‌توان از یک پایانه راه دور اجباری کرد.
• می‌توان یک PLC را به یک PLC دیگر و همچنین به یک کامپیوتر متصل کرد.
• هشدارها و داده ها قابل نظارت هستند.

مقالات مرتبط:

معرفی انواع سنسورهای پی ال سی

پی ال سی چیست و چه کاربردی دارد؟ انواع آن