امروزه استاندارد های خاص بیت المللی مثل IEC 1131 برای برنامه نویسی و کار با PLC ها وجود دارد که اغلب شرکت های سازنده و طراح PLC که معمولا نرم افزارهای مخصوص PLC های خودشان را تولید می کنند.
از این روشهای استاندارد شده پیروی می کنند و فقط تفاوتهای جزیی در نرم افزارهای آنها به چشم می خورد که اکثر آنها هم در اثر تفاوتهای سخت افزاری سیستم های طراحی شده بوجود می آیند.اما در این بخش زبانها و محیطهای مختلف برنامه نویسی به طور مختصر و خلاصه به طور عمومی و کلی مورد بررسی قرار می گیرد تا در برخورد های احتمالی با این محیطها دچارسردرگمی نشوید.
بطور کلی می توان زبانها برنامه نویس PLCرا به پنج دسته تقسیم کرد:
• زبان SFC یا Sequential Function Chart Language
• زبان FBD یا Function Block Diagram Language
• زبان LD یا Ladder Diagram Language
• زبان ST یا Structured Text Language
• زبان IL یا Instruction List Language
پنج زبان فوق زبان های استاندارد و شناخته شده PLC ها هستند و کمپانی های سازنده سخت افزار و نرم افزار PLCها با وجود اختلاف های جزیی که ممکن است در نام یا ظاهر نرم افزار هایشان با نمونه های اصلی و جود داشته باشد، همگی بر اساس همین روشهای استاندارد شده حرکت می کنند.
زبان SFC:
در این محیط نیز مانند دیگر محیط های برنامه نویسی،ابزار هایی وجود دارند که در ابتدا باید با آنها آشنا شد، مهمترین ابزارهای موجود Transition,Initialstep,Step است.
هر Step معرف مرحله ای از روتین کنترلی است که در آن اتفاقاتی، براساس تعاریف نویسنده برنامه، به وقوع خواهد پیوست، هر step بایک مربع نشان داده می شود وشماره ای که معرف مرحله ای خاص از برنامه است داخل آن نوشته می شود.
تعریف عملیات آن مرحله نیز در درون یک مستطیل نوشته می شود که به مربع اصلی متصل شده و هر دوی اینها معرف یک مرحله از برنامه هستند.
در هر زمان و هر سیکل اسکن برنامه،step مربوط به آن فعال خواهد شد، برای نشان دادن step های فعال و غیر فعال از یک دایره کوچک استفاده می شود که درون مربع اصلی :نمایش step فعال و غیر فعال Step قرار می گیرد و در زمان اجرای برنامه مشخص می کند که کدام step فعال و کدام غیر فعال است.
بدیهی است که دستورات مربوط به step فعال در همان لحظه در حال اجرا شدن است و step غیر فعال، کاری انجام نمی دهد.برای نشان دادن وضعیت ابتدایی و در شروع برنامه SFC می بایست از یک Initial step استفاده کنیم که نشان دهنده شروع و مرحله آغاز برنامه است ، نماد گرافیکی step Initial یک مربع دو خطی است.
بدیهی است که هر برنامه SFC باید فقط دارای یک Initial step باشد که با شروع اجرای،به شکل فعال در خواهد آمد.
شکل3-4: Initial step در شروع برنامه مورد بعدی که باید در مورد آن صحبت شود Transition است که بصورت یک خط افقی مسیر ارتباطی بین دو step را قطع می کند.
شماره مربوط آن در گوشه پایین و سمت راست آن نوشته می شودو توضیحات لازم را در قسمت راست می نویسندمانند لازم بذکر است که قسمت توضیحات یک بخش آزاد و مجزا است و به هیچ عنوان قسمتی از برنامه محسوب نمی شود و تنها جنبه توضیح برای درک بهتر را دارد.
توابع کنترل پیوسته در PLC ها در یک PLC با ورودی / خروجی آنالوگ ، پس از دریافت ورودیها، عملیات ریاضی مناسب روی آنها انجام می شود و سپس خروجی های آنالوگ تعیین می شوند.
قابلیت و سطح کنترل بستگی به سرعت و قابلیت PLC در انجام عملیات ریاضی دارد.
دریک فرایند کنترلی ممکن است جملات تناسبی ،انتگرال و مشتق وجود داشته باشند.
به عنوان مثال با انجام عملیات زیر، کنترل با جمله تناسبی انجام می شود : 1.مقدار ورودی سنسور را بخوان، مقدار اندازه گیری شده (MV)را با مقدار (SP) مقایسه کن و مقدار خطا (E)را به دست آور.
E=SP-MV 2.خطا را در یک ضریب ثابت(بهره سیستم)KP ضرب کن.
3.نتیجه را به مبدل D/A ارسال کن و به مرحله 1 برگرد.
البته در یک کنترل پیوسته برای بهبود پارامترهایی نظیر سرعت پاسخ، نوسان و خطاهای ماندگار لازم است از جملات مشتق و انتگرال نیز استفاده شود.
در PLCهایی که امکان کنترل PID را دارند، معمولاالگوریتم کنترل در حافظه PLCوجود دارد و کاربر تنها ظرایب ورودی / خروجی را معین می کند.
این الگوریتمها ممکن است به صورت زیر برنامه هایی باشند که در برنامه اصلی فراخوانی شوند.البته پیاده سازی کنترل PID با نرم افزار زمان زیادی را می گیرد و سیکل اجرای برنامه را طولانی می کند.
در مواقعی که طولانی شدن سیکل اجرای برنامه در روند کنترل اخلال ایجاد کند، کنترل PIDبه صورت سخت افزاری انجام می شود.
ماژولهای PID با توجه به اینکه پیاده سازی نرم افزاری زمان زیادی می گیرد، سازنده های PLC ماژولهایی را می سازند تا کنترل PID را به صورت سخت افزاری انجام دهند.
این ماژول ها ، ورودی/ خروجی آنالوگ دارند و یک پردازنده مستقل در آنها وجود دارد که عملیات ریاضی را انجام می دهد.این پردازنده موازی با پردازنده اصلی عمل می کند و انجام کلیه محاسبات PID را به عهده دارد، تنها لازم است پردازنده اصلی پارامترهای کنترلی را به این ماژول ارسال کند.
ماژول PID پس از هرسیکل اجرای فرایند کنترل، اطلاعات وضعیت خود را در رجیستر هایی از فضای I/O قرار می دهد و پردازنده اصلی می تواند آنها را خوانده و از عملکرد آن ماژول مطلع شود.
علاوه بر عملیات متداول در امر کنترل، معمولا لازم است نوعی پیش پردازش روی اطلاعات ورودی انجام شود،(مانند حذف نوسانات عددی و ناخواسته در اطلاعات ورودی) برخی از PLCها توابع خاصی را برای انجام این کار دارند.
به عنوان نمونه PLC سری GEM 80 از شرکت GEM تابعی دارد که یکنواخت سازی نمایی (مرتبه اول) روی ورودی انجام می دهد.ثابت زمانی این تابع که ANALAG(ANALOG LAG) نام دارد قابل برنامه ریزی است، البته استفاده از این تابع اختیاری است.
برنامه ریزی ماژولهای PID برنامه ریزی یک ماژول PID بستگی به نوع PLC دارد و ممکن است به استفاده از دیاگرام نردبانی یا واحد های برنامه ریزی خاص انجام شود.
در دیاگرام نردبانی حلقه PID مانند یک تابع خاص تلقی می شود که پارامترهای آن را کاربر تعیین می کند، همانند یک تایمر که زمان آنرا کاربر به آن وارد می نماید.
پانلهای برنامه ریزی خاص معمولا منویی دارند که پارامتر های لازم را از کاربر می پرسد.
پارامترهایی را که می توان انتخاب کرد عبارتند از : کنترل یک،دو یا سه جمله ای (PID,PI,P)،آدرس نقاط I/O به عنوان ورودی و خروجی، بهره ضرایب ، زمان انتگرال، زمان مشتق و سرعت نمونه برداری وغیره.
ماژول های PID معمولا حافظه ای دارند که داده ها و اطلاعات وضعیت خود را در آن ذخیره می کنند.پردازنده اصلی به این داده ها دسترسی دارد و از آنها استفاده می کند.
کاربرد ماژولهای PID الگوریتمهای کنترلی که در همه PLCها وجود دارد برای بیشتر کاربردها، کارایی و سرعت کافی را دارد، مثلا برای کنترل سرعت ، تنظیم فشارهیدرولیک، کنترل دما، مدیریت انرژی و غیره .
در بسیاری از فرایندهای کنترلی لازم است به تعداد زیادی ورودی /خروجی رسیدگی شود، معمولا در یک حلقه کنترلی با تغییر پارامترهای لازم و بررسی کل فرایند ، پارامترهای مطلوب جهت کنترل صحیح فرایند به دست می آید.
ارتباط در PLC ها نیاز مبادله اطلاعات بین PLC ها و سایر تجهیزات در یک کارخانه خودکار ، سبب شده است که امکانات ارتباطی روی همه کنترل کننده ها نصب شود در PLC های کوچک سخت افزار و نرم افزارلازم در خود بدنه PLC نصب گردد و در PLC های بزرگ ، ماژول های ویژه ای جهت ارتباط وجود دارد.
باسهای ارتباطی برای منظورهای مختلفی استفاده می شوند از جمله: • نمایش داده ها و آلارم ها از طریق VDU یا چاپگر • ذخیره داده ها در فایلهای بایگانی(در یک کامپیو تر) تا برای بررسی کارایی فرایند و مدیریت اطاعت استفاده شوند.
• ارسال پارامترهای لازم از طریق اپراتور یا کنترل کننده ناظر به PLC ها • تغییر برنامه PLCها از طریق کنترل کننده ناظر • تغییر وضعیت نقاط I/O از طریق یک ترمینال راه دور • اتصال PLC در یک سلسله مراتب کنترلی که در آن PLC های متعددی وجو دارد.
: یک سیستم Redundant با خطوط دوبل اترنت و خطوط دوبل Remote I/O و منابع تغذیه دوبل روی هر Remote I/O ورودی/خروجی دور دست و ارتباط با آنها: هنگامیکه تعداد زیادی ورودی /خروجی در فاصله ای دوروجود دارد،اتصال مستقیم آنها به PLC نیاز به اتصالات زیادی دارد که مقرون به صرفه نیست،دراین مواقع یک واحدI/O در مکان لازم نصب می شودوبایک زوج سیم به PLC متصل می گردد.
واحد I/O اطلاعات مربوط به ورودی/خروجی ها را از طریق اتصال سریال به PLC ارسال و دریافت می کند.
باتوجه به اینکه واحد I/O تا PLCممکن است به چند هزار متر برسد،صرفه جویی زیادی در هزینه ها می شود.
در سیستمهای بزرگ ممکن است چندین PLC وجودداشته باشد که همگی تحت نظارت یک PLC اصلی عمل می کنند.معمولا برنامه کنترلی در PLC اصلی اجرا می شود و PLCهای دیگر فقط وظیفه ارتباط با واحد های I/Oرا به عهده دارند.
انتقال اطلاعات در صنعت در سالهای اخیر مسئله بر قراری ارتباط در پروسه های صنعتی رشد چشمگیری داشته است.
پیش از این ارتباط درصنعت و پرو سه های کنترل صنعتی به فرستادن سیگنال از جانب یک مرکز کنترل به مرکز فرماندهی خلاصه می شد، اما امروزه تمام کنترل کننده های کوچک و بزرگ (PLCs) در هر نقطه ای از فیلد که باشند باید با یکدیگر و در نهایت بامرکزکنترل مربوط به خود ارتباط بر قرار کنند و همین امر باعث پیچیده شدن هرچه بیشتر سیستمهای ارتباطی خواهد شد.
PLCها امروزه طوری طراحی و سا خته می شوند که بجز وظیفه اصلی و مهم خود که همان اجرای فرامین کنترلی تعریف شده و کنترل اتو ماتیک یک پروسه صنعتی است، بتوانند موارد مهم دیگری از قبیل برقراری ارتباط با مرکز کنترل و دیگر کنترل کننده های داخل فیلد را نیز بر عهده بگیرند.
بنابراین در ساختار داخلی آنها پیش بینی های لازم جهت استفاده از ابزار ها و لوازم خاص ارتباطی صورت گر فته است.
به عنوان مثال می توانیم یک سیستم PLC که در محل خط تولید قرار دارد و توسط ترمینال مخصوص شبکه محلیLAN(Local area network) به ماشینهای مرکز کنترل که در محل اتاق کنترل کار خانه قرار دارند،متصل کنیم و از همانجا ، PLCرا کنترل کنیم.
مثلا می توانیم بهPLC فرمان دهیم تا رو تین کنترلی مربوط به تولید قطعه ای خاص را اجرا کرده ، فرامین آنرا صادر کندو همچنین بر روند کل پروسه نظارت کامل داشته باشد.
سپس نفر بعدی که در شیفت بعدی فعالیت می کند ، می تواند یک گزارش کامل از چگونگی کنترل پروسه توسطPLCمورد نظر را تهیه کرده و از روی آن تعداد قطعات سالم و خراب و حتی زمانهای از دست رفته و تلف شده در حین تولید را محاسبه کند.
مرکز تعمیرات کارخانه نیز می تواند با استفاده از روشهای ارتباطی و مخابراتی ، از بروز اشکال در هریک از ماشینهای کار خانه اطلاع حاصل کرده و پرسنل تعمیر کاری را جهت رفع اشکال اعزام دارد، مرکز تعمیرات حتی می تواند با اطلاع داشتن از وضعیت کلیه ماشینهای خراب، اولویت تعمیر را به هر کدام از آنها واگذار کند.
برای درک بهتر مطلب شکل1-1 را که بلوک دیاگرام معماری شبکه ارتباطی را در بخشی از کارخانه نشان می دهد ، ببینید.
شکل 1-1:شبکه محلی PLCsو شبکه گسترده ETHENET بین کار خانه ها