دانلود ‫پروژه کنترل کننده های برنامه پذیر PLC

پروژه درس

آزمایشگاه مدار های منطقی

1.

مقدمه

PLC از عبارت Programmable Logic Controller به معنای کنترل کننده قابل برنامه ریزی گرفته شده است.

PLC کنترل کننده ای است نرم افزاری که در قسمت ورودی، اطلاعات را بصورت باینری دریافت و آنها را طبق برنامه ای که در حافظه اش ذخیره شده پردازش می نماید و نتیجه عملیات را نیز از قسمت خروجی به صورت فرمانهایی به گیرنده ها و اجرا کننده های فرمان ، ارسال می کند.

وظیفه PLC قبلا بر عهده مدارهای فرمان رله ای بود که استفاده ازآنها در محیط های صنعتی جدید منسوخ گردیده است.اولین اشکالی که در این مدارها ظاهر می شودآن است که با افزایش تعداد رله ها حجم و وزن مدار فرمان بسیار بزرگ شده، همچنین موجب افزایش قیمت آن می گردد .

برای رفع این اشکال مدارهای فرمان الکترونیکی ساخته شد ، ولی با وجود این هنگامی که تغییری در روند یا عملکرد ماشین صورت می گیرد لازم است تغییرات بسیاری در سخت افزار سیستم کنترل داده شود .

با استفاده از PLC تغییر در روند یا عملکرد ماشین به آسانی صورت می پذیرد، زیرا دیگر لازم نیست سیم کشی ها و سخت افزار سیستم کنترل تغییر کند و تنها کافی است چند سطر برنامه نوشت و به PLCارسال کرد تا کنترل مورد نظر تحقق یابد.

PLC ها سخت افزاری شبیه کامپیوتر دارند، البته با ویژگی های خاصی که مناسب کنترل صنعتی است:

• در مقابل نویز حفاظت شده اند.

• ساختار مدولار دارند که تعویض بخشهای مختلف آنرا ساده می سازد.

• اتصالات ورودی- خروجی وسطوح سیگنال استاندارد دارند.

• زبان برنامه نویسی آنها ساده و سطح بالاست.

• تغییر برنامه در هنگام کارآسان است.

2.

مقایسه سیستم­ های کنترلی مختلف

به طور کلی چهار سیستم کنترلی وجود دارد:

1.

سیستمهای رله ای از قدیمی ترین سیستم کنترلی هستند.

در این سیستمها کلیه عملیات کنترلی با استفاده از رله ها انجام می پذیرد.

2.

سیستمهای کنترلی مبنی بر مدارهای منطقی.

در این سیستم ها از دروازه های منطقی و تراشه های کوچک برای پیاده سازی عملیات منطقی استفاده می شود.

3.

کنترل با کامپیو تر شخصی.

4.

کنترل مبنی بر PLC.

در جدول زیر انواع سیستم های کنترل کننده از جنبه های مختلف مقایسه شده اند:

برخی از معایب یا توجهات خاص در بکارگیری سیستم های PLC

1.

کاربردهایی با برنامه ثابت: شاید استفاده از PLC که قابلیت های برنامه ریزی زیادی دارد،در صورت نیاز نداشتن به آنها مقرون به صرفه نباشد مانند کنترل کننده های غلتکی/دنبالگر.برخی از سازندگان تجهیزات برای کاهش هزینه ها، هنوز از سیستمهای غلتکی مکانیکی استفاده می کنند.تغییر کارها غلتک ها بندرت تغییر می کند بنابراین قابلیت تغییر برنامه ریزی PLCها در اینجا جندان اهمیت ندارد.

2.

ملاحظات محل کار: برخی پارامترهای محیط مانند: دمای بالا،ارتعاشات، تداخلات الکترو مغناطیسی ، عواملی هستند که کاربرد PLCها را محدود می کنند.

3.

عملکرد ایمن در برابر اشتباه : در سیستمهای رله ای فشردن کلید توقف، برق مدار را قطع می کند و همینطور قطع منبع برق، باعث خاموش شدن سیستم می شود.

بعلاوه سیستهای رله ای هنگام وصل مجدد برق بطور خودکار روشن نمی شوند.

البته این موضوع از طریق برنامه نویسی در مورد PLC نیز قابل اعمال است.

اما در بعضی از برنامه های PLCممکن است برای متوقف ساختن یک وسیله نیاز به اعمال ولتاژ ورودی باشد ، این گونه سیستمهادر مقابل اشتباه ایمن نیستندالبته این نقص با افزودن رله های حفاظتی به سیستم PLC رفع می شود.

4.

عملکرد مدار ثابت: اگر سیستم مورد نظر هرگز نیاز به تغییر نداشته باشد ، یک سیستم کنترل ثابت (مانند غلتک مکانیکی) هزینه کمتری نسبت به PLCخواهد داشت.

PLC ها در جایی که بطور دوره ایی در عملیات تغییر ایجاد می شود، از کارایی بیشتری بر خوردارند.

برخی ازشرکت های سازنده PLC

Siemens, AEG, Smar, ABB, Allen Bradly, Bosch, General Electric, Mitsubishi…

3.

سخت افزار PLC

قسمتهای تشکیل دهنده یک سیستم PLCبه صورت زیر تقسیم می شود(شکل1)

• واحد منبع تغذیه PS(Power Supply)

• واحد پردازش مرکزی CPU

• حافظه

• ماژول­ های ورودی

• ماژول­های خروجی

• ماژول­های تغییر شکل سیگنال

• ماژول ارتباط پروسسوری (Communication Processor(CP))

• ماژول رابط (Interface Module(IM))

• بدنه و قفسه ها (Racks and Chassis)

این منبع معمولاً ولتاژهای 24Vdc و 110Vacیا 220Vac، ولتاژ 5Vdc را ایجاد می کند.

ماکزیمم جریان قابل دسترسی منطبق با تعداد ماژولها ی خروجی مصرفی است.

جهت دستیابی به راندمان بالا معمولا از منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می شود.

برای تغذیه رله ها و محرکها (Actuator) معمولا از ولتاژ 24Vdc بصورت مستقیم و بدون هیچ کارت ارتباطی استفاده می شود.

واحد پردازش مرکزی یا CPU- وظیفه این واحد، دریافت اطلاعات از ورودیها، پردازش این اطلاعات مطابق دستورات برنامه و صدور فرمانهایی است که به صورت فعال یا غیر فعال کردن خروجی ها ظاهر می شود.

حافظه:در حالت کلی در PLC ها دو نوع حافظه وجود دارد: • حافظه موقت یا RAM: که محل نگهداری فلگ ها، تایمر ها، شمارنده ها و برنامه های کاربردی کاربر است.

• حافظه دائم (EEPROM , EPROM): که جهت نگهداری و ذخیره همیشگی برنامه کاربر استفاده می شود.

در مواردی از RAM های CMOSکه باتری پشتیبان دارند استفاده می شود،بدین ترتیب در صورت قطع برق اطلاعات انها حفظ می گردد.

ماژولهای ورودی:ورودی هایی که در سیستم های PLC مورد استفاده قرار می گیرند در حالت کلی به صورت زیر می باشند: الف) ورودیهای دیجیتال(Digital Input) ب) ورودی های آنالوگ(Analog Input) الف) ورودیهای دیجیتال:این ورودیها معمولا بصورت سیگنالهای 0یا 24ولتdc می باشند .

گاهی برای پردازش به تغییر سطح ولتاژ نیاز دارند.

معمولا برای انجام این عمل ماژولهایی خاص در PLC در نظر گرفته می شود.

جهت حفاظت مدارهای داخلی PLC از خطرات ناشی از اشکالات بوجود آمده در مدار یا برای جلوگیری از ورود نویزهای موجود در محیط های صنعتی،ارتباط ورودیها با مدارت داخلی PLC توسط کوپل کننده های نوری انجام می گیرد.

بدلیل ایزوله شدن ورودی ها از بقیه اجزای مدار داخلی PLC ، هرگونه اتصال کوتاه و یا اضافه ولتاژ نمی تواندآسیبی به واحدهای داخلی PLC وارد آ ورد.

ب)ورودی های آنالوگ:این گونه ورودیها در حالت استاندارد 4-20 mA و یا 0-20mA بوده، مستقیما به ماژول آنا لوگ متصل می شوند.

ماژولهای ورودی آنالوگ، سیگنالهای دریافتی پیوسته رابه مقادیر دیجیتال تبدیل نموده و سپس مقادیر دیجیتال حاصل توسطCPU پردازش می شود.

ماژولهای خروجی: خروجی های استفاده شده در PLCها به دو صورت زیرمی باشند: الف) خروجیهای دیجیتال: این فرمانهای خروجی به صورت سیگنالهای 0 تا 24 ولت DCبوده که در خروجی ظاهر می شوند.

بنابراین هر خروجی از لحاظ منطقی می تواند مقادیر “0” یا “1” را داشته باشد.

این سیگنالها به تقویت کننده های قدرت یا مبدل های الکتریکی ارسال می شوند تا مثلا ماشین را به حرکت در آ ورند یا آنرا از حرکت باز دارند.

ب) خروجیهای آنالوگ: سطوح ولتاژ و جریان استاندارد خروجی می تواند یکی از مقادیر ،4-20mA ، 0- 20mA باشد.

معمولا ماژولهای خروجی آنالوگ، مقادیر دیجیتال پردازش شده توسط CPU را به سیگنالهای آنالوگ مورد نیاز جهت پروسه تحت کنترل تبدیل می نمایند.

این خروجی ها بوسیله واحدی به نام Isolator از سایر قسمتهای داخلی PLC ایزوله می شوند.

بدین ترتیب مدارت حساس داخلی PLC از خطرات ناشی از امکان بروز اتصالات نا خواسته خارجی محافظت می گردند.

ماژول تغییرشکل سیگنال: در مواقعی که سیگنالهای موجود درمحدوده استانداردنباشند،لازم است از یک ماژول تغییر شکل دهنده استفاده شودتا محدوده سیگنالها را تغییر داده و به محدوده استاندارد تبدیل کند.

ماژول ارتباط پروسسوری (CP): این ماژول ارتباط بین CPU مرکزی را با CPU های جانبی بر قرار می سازد.

ماژول رابط (IM): در صورت نیاز به اضافه نمودن واحد های دیگرورودی و خروجی به PLC یا جهت اتصال پانل اپراتوری و پروگرامر،به PLCاز این ماژول ارتباطی استفاده می شود.

در صورتی که چندین PLC بصورت شبکه به یکدیگر متصل شوند.

از واحد IM جهت ارتباط آنها استفاده می شود.

ورودی/خروجی دور دست و ارتباط با آنها هنگامی که 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.

4.

انواع محیطهای برنامه نویسی و امکانات نرم افزاری در PLC امروزه استانداردهای 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.

شکل 2.

نمایش یک مرحله از برنامه توسط Step 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 Step قرار می گیرد و در زمان اجرای برنامه مشخص می کند که کدام step فعال و کدام غیر فعال است.

شکل :3نمایش step فعال و غیر فعال 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 اجرا،به شکل فعال در خواهد آمد.

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 نویسند )شکل 4( .

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.

شکل4.

Transition Transition ها در هر مرحله از برنامه شروط موجود در قسمتهای قبلی خود را می بینند و بر آورده شدن و عدم برآورده شدن آن شروط بررسی را می کنند و بدیهی است که اگر شروط هر مرحله برآورده شده باشد.Transition ها مربوطه اجازه عبور از آن مرحله را صادر می کند و بالعکس.

نکته مهم دیگر خطوط جهت دار برای اتصال stepها و Transition ها و همچنین پرسشهای جهت دار است.

به شکل5 توجه کنید.

خطوط جهت دار در بین stepهاو Transitionها دارای فلش نشان دهنده جهت نیستند.

اما برای بر قراری ارتباط سراسری از خارج حلقه شکل اتصال فرق می کند.

برای نشان دادن پرش ازیک Transition به یک step داخل برنامه از یک علامت فلش بهمراه شماره stepمقصد استفاده می شود.

باید توجه داشت که این روش فقط برای پرش ازیک Transition به یک step است نه برعکس.

شکل5.

پرش از یکTransition به یک step پیش از پرداختن به حالتها و اشکال مختلف SFC می بایست به دو قانون مهم توجه کرد.

این قوانین بسیار مهم هستند و همواره باید در هنگام برنامه نویسی به آنها توجه کرد: 1.هرگز و در هیچ قسمتی از برنامه دو step بدون وجود Transition، پشت سر هم قرار نمی گیرند.

2.

هرگز و در هیچ قسمت از برنامه دو Transition بدون وجود step پشت سر هم قرار نمی گیرند.

شکل6.

انواع اتصالات بین step و transition شکل 7 نمایش چگونگی پرسش ازیکtransition به یک step این دو شکل از نظر عملکرد کاملا یکسان هستند حالتهای مختلف برای اتصال step و Transition انشعاب تکی و دوتایی: یک step میتواند بعد از Transition مربوطه به چند step دیگر متصل شود.

اگر اتصال آنها از نوع تکی و ساده باشد، که بایک خط نشان داده می شود.

بعد از ورود به انشعاب تنها آن step که باید فعال شود، فعال شده و برنامه ادامه پیدا می کند اما اگر اتصال از نوع دوتایی باشد (که با خطوط دوتایی نشان داده می شود) پس از ورود به انشعاب ، تمام step ها به شکل موازی فعال خواهند شد.(شکل8 ،الف وب) ماکرو step: ماکرو step یک نماد گرافیکی است که در بدنه برنامه SFC به کار می رود و معرف یک برنامه SFC دیگر است که در انجا فراخوانی می شود.

توجه کنید که ProcessX یک برنامه SFC دیگراست که در قسمتی دیگر طراحی و تعریف شده ، داخل هر کدام از STEPها باید برنامه مورد نظر را با استفاده از روشهای مناسب برنامه نویسی در SFC نوشت و پس از آن آزمایش ، آن را اجرا کرد.

شکل8 الف.

انشعاب تکی یاSingle Divergence وSingle Convergence شکل 8ب.

انشعاب دوتایی یا موازی Double Divergence وDouble Convergence زبان FBD ابزارهای موجود در محیط برنامه سازی FBD، کمی با زبانهای دیگر متفاوت است و می بایست برخورد متفاوتی با آنها داشت.در این محیط بسیاری از ابزار های واقعی به صورت بلاک های مختلف در اختیار هستند و فقط کافی است آنها را به شکل مورد نظر کنار هم و در غالب یک پروژه ، قرار داد و از سمت مناسب ، ورودی و خروجیهایشان را بهم متصل کرده و آزمایش کنیم در اینجا به چند بلوک نرم افزاری مهم که کاربرد وسیع تری نسبت به بقیه دارند اشاره می شود.

اما پیش از آن ذکر چند نکته در مورد کار با این بلک ها ضروری به نظر می رسد: شکل بلاک ها: کلیه بلاکها در FBD معرف یک عملیات خاص بین ورودی و خروجی هایشان هستند به شکل زیر توجه شود.

شکل9 : شکل کلی بلاک ها در FBD متغیر های ورودی در برنامه.

به پایه های ورودی بلاک و متغیر های خروجی به پایه های خروجی بلاک متصل می شوند و بدین ترتیب می توان با استفاده از بلاکهای استاندارد منطقی و امکانات دیگری که FBD در اختیار می گذارد روتین کنترلی مورد نظر را پیاده سازی کرد.

بلا کهایی که FBD بعنوان ابزار در دسترس قرار می دهد، متنوع هستند و از آن جمله می توان به : فلیپ فلاپهای SR، RS، F-Trig، R-Trig شمارندههای CTU، CTD، CTUD، تایمرهای TON، TOF، TPـ سیگنال ژنراتور یاSIG GEN انواع عملگرهای منطقی مثل OR، XOR، ADD، SUB و بسیاری عملگرها و توابع دیگر اشاره کرد.

به شکل زیر توجه شود: شکل10: پرش در FBD لازم به ذکر است که در محیط برنامه نویسی می توان بسته به نیاز خود توابع جدیدی را تعریف و پیاده سازی کرد که در کتابخانه نرم افزاری نگهداری خواهد شد و می توان در جای مناسب از آن استفاده کرد.

زبان LD این زبان بسیار شبیه به دیاگرام نردبانی قدیمی است و تغییرات آن نسبت به مدلهای قدیمی تر ، بسیار جزئی است و اگر به دیاگرام نردبانی علائمی مثل ورودی، کنتاکت و کویل آشنا باشید براحتی می توانید با این زبان کار کنید،شکل 11 خلاصه ایی از علایم مورد استفاده در LD است.

شکل11 .

برخی از علایم مورد استفاده در LD هر کنتاکت در این روش به یک ورودی و هر کویل به یک متغییر خروجی نسبت داده می شود.نحوه ارتباط بین ورودی ها و خروجی ها ، دقیقا شبیه به دیاگرام نردبانی رله ای است ، اما حالتهای استانداردتری هم برای این ارتباطات وجود دارد که در شکل زیرچند مورد از آنها را بررسی می کنیم: شکل12 چند مدل استاندارد در LD زبان ST این زبان شبیه زبانهای متداول برنامه نویسی مثل پاسکال است و از دستورات حلقه ، شرط و امکانات دیگرزبانهای سطح پایین کمک می گیرد.برای افرادی که بانوع محیط ها ی برنامه نویسی متداول کار کرده اند استفاده از این زبان راحت تر و مناسب تر است.

بعضی از دستورالعمل های این محیط عبارتند از: IF, THEN, ELSE, CASE, FOR, WHILE, REPEAT, RETURN زبان IL این زبان نیز بی شباهت به زبان اسمبلی نبوده و آشنا بودن به اسمبلی در هنگام کار با این محیط ، تا حدودی کمک خواهدکرد.بعضی از دستورالعمل های این محیط عبارتند از: LD, ST, CAL, JMP, RET.ADD, SUB, MUL همانطور که در ابتدا ی این بخش ذکرشد هدف از عنوان کردن این مطالب به هیچ وجه آموزش برنامه نویسی برای PLC ها نیست بلکه سعی شده تا در هنگام برخورد احتمالی با برنامه های PLC دستیابی به هدف کلی ممکن و میسر باش 5.

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.

برنامهریزی 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.

6.

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.

شکل13 .یک سیستم Redundant با خطوط دوبل اترنت و خطوط دوبل Remote I/O و منابع تغذیه دوبل روی هر Remote I/O ارتباط سریال در PLC ها معمولا برای ارتباط با سایر قسمتها و ارسال و دریافت داده ها ، از خطوط سریال استفاده می شود، جهت ارتباط سریال استاندارهایی وجود دارد که مهمترین آن RS 232 ومشتق آن RS 422/423 است.

RS 232 استاندارد ارتباط سریال در فواصل کو تاه است که برای ارتباط کامپیوتر با تجهیزات جانبی آن نظیر چاپگر استفاده می گردد.

این استاندارد، اتصالات الکتریکی و فیزیکی ،ارتباط بین سیگنالها و روند مبادله اطلاعات را تعریف می کند.

اتصال نوع Dبا 25پایه کاملا متداول است و روی همه کامپیوترها و PLCها نصب می شود.RS 232 و 422 RS در ارسال یکسان هستند و تفاوت آنها در سطح ولتاژ و سرعت انتقال است.

در ارتباط سریال سه ویژگی وجود دارد که باید به آنها توجه کرد: اول سرعت انتقال،یعنی تعداد بیت ارسالی در ثانیه و عرض پالس هر بیت.

دوم سطح ولتاژهای منطقی، یعنی بیت 1و0 با چه ولتاژی نشان داده می شود و سوم نحوه همزمانی داده ها تا گیرنده بتواند داده ها را به طور صحیح دریافت کند.

فاصله انتقال استاندارد RS 232 حداکثر طول 30 m را در سرعت 9600bps پیشنهاد می کند، بخاطر اثر خازنی سیمها طول بیشتر از این مقرون بصرفه نیست.

البته در سرعت های کمتربا استفاده از کابلهای مناسب می توان فاصله را بیشتر کرد.

در صورتی که فواصل ارتباطی زیاد باشد از استانداردهای دیگر نظیر RS 422 و حلقه جریان استفاده می شود.

حلقه جریان20mA در این استاندارد برای ارسال داده ازیک مدار جریان 20 mA استفاده می شود.

این روش مناسب محیطهای نویزی و فواصل زیاد است.

مثلا در سرعت 9600bps می توان تا فاصله 300m از این استاندارد استفاده کرد.ارسال و دریافت اطلاعات از طریق یک زوج سیم صورت می گیرد و معمولا جهت ایزولاسیون الکتریکی از تزویج کننده های نوری استفاده می شود.لازم بذکر است که این استاندارد با استاندارد RS 232 انطباق ندارد و اتصال آنها به یکدیگر نیاز به مدار واسطه مناسب دارد.

عیب حلقه جریان 20mA این است که برای آن استاندارد مشخصی وجود ارائه نشده است و مانند RS 232 خطوط کنترلی (Handshaking) ندارد.

RS 422/423 این استاندارد بهبود یافته RS 232 است که بعضی ازمزایای حلقه جریان رانیز دارد.

RS 422 برای هرسیگنال دو سیم استفاده می کند که به صورت تفاضلی هستند و در نتیجه اطلاعات تا فواصل بیشتری قابل ارسال است.

معمولا هر PLC یک ارتباط RS 232 دارد که اتصالات مربوط به RS 422 از آن مشتق شده است.

برای فواصل کم از RS 232 و برای فواصل زیاد ازRS422 استفاده می شود.

شکل14.

ارتباط PLC ها بایکدیگرو با ادوات فیلد بااستفاده از پروتکل فیلد باس(FF) ارتباط PLC ها-ماژول ها و برنامه ریزی برای انجام هر ارتباط سریال لازم است پارامترهای ارتباط مشخص شود.

این پارامترها عبارتنداز: • قالب بندی داده ها ، شامل بیت شروع و خاتمه، توازن و تعداد بیت داده این انتخاب پارامترها ممکن است توسط کلید هایی بر روی سخت افزار PLC و یا توسط نرم افزار انجام شود.

هر PLC مجموعه دستوراتی جهت بر قراری ارتباط با سایر تجهیزات دارد.برنامه ریزی PLC جهت انجام ارتباط با استفاده از دیاگرام نردبانی و یا یک زبان سطح بالا صورت می گیرد.

در این برنامه ریزی به دو نکته باید توجه نمود: • نوع،محل و میزان داده ای که باید ارسال شود.

• شروع ارتباط معمولا باید اتفاقی رخ دهد تا ارسال داده از جایی به جای دیگر انجام شود این اتفاق ممکن است داخلی باشد.

مثلا عمل کردن یک کلید، یا اتفاق در جای دیگر رخ دهد، مثلا PLC یا دستگاه دیگر تقاضای مبادله اطلاعات نماید.

دستگاه شروع کننده ارتباط ، با ارسال یک یا چند کاراکتر کنترلی تقاضای خود را اعلان می کند.

این کاراکترها بطور معمول کد اسکی هستند.

جزئیات مربوط به ارتباط و انتقال داده بستگی به نوع و مدل PLC دارد.

ارتباط بین چندین PLC وقتی چند PLCقرار است با یک منبع واحد ارتباط داشته باشند، می توان از یک واحد جمع کننده استفاده کرد.هر PLC که بخواهدبا PLC اصلی ارتباط برقرار کند، واحد جمع کننده اتصال بین آنها را بر قرار می کند.

البته در صورتی که لازم باشد جندین ارتباط بین PLCها مختلف بطور همزمان بر قرار شود بهتر است از یک شبکه استفاده گردد.

شبکه های محلی( (Local Area Network LAN یک را مناسب برای ارتباط بین چند PLC است.

شبکه های محلی (LAN) در شبکه های محلی ،کامپیوتر ها و ادوات جانبی آنها در محدوده جغرافیایی مشخصی ( تا فواصل 10km) به هم متصل می شوند.

استفاده از شبکه نسبت به اتصال نقطه به نقطه مزایایی دارد از جمله: • هر کامیپوتر به تمام داده ها و برنامه در شبکه دسترسی دارد.

• اتصال نقطه به نقطه از نظر هزینه سیم کشی مقرون به صرفه نیست.

• معماری شبکه طوری است که اتصال کامپیوتر ها به هم انعطاف پذیر است.

سرعت انتقال داده معمولا 10 Mbps است.پروتکل های متعددی برای شبکه های محلی وجود دارد که این پروتکل ها در فصل قبل توضیح داده شدند.

شکل15 یک شبکه LAN ،با معماریی که چندین پروتکل شبکه را پشتیبانی می کند.

کنترل گسترده ارتباط بین کنترل کننده ها باعث می شود که یک PLC خاص ، نه تنها کنترل یک دستگاه بخصوص را به عهده داشته باشد.

بلکه چندین ایستگاه در یک کارخانه بزرگ را کنترل نماید.

بدین ترتیب یک PLC می تواند بخشی از ساختار کنترلی سلسله مراتبی باشد:در چنین سیستمی یک کنترل کننده هدایتگر، چندین PLC ای دستگاه هوشمندCNC را سر پرستی می کند.

در حا ل حاضر برای اتوماسیون کامل کارخانه ها از کنترل سلسله مراتبی استفاده می شود.

برای ایجاد یک کارخانه تمام اتو ماتیک، سیستم ارتباطی و کنترلی وسیعی لازم است .

کل داده های کارخانه در یک پایگاه داده مدیریت جمع آوری می گردد تا در اسرع وقت در اختیار مدیران و برنامه ریزان قرار گیرد،بنابراین ایجاد استاندارد های مناسب جهت ارتباط امری ضروری است.

شکل16.

یک شبکه گسترده که از پروتکل فیلد استفاده کرده است.