جمع بندی دانش PLC: خواندن ضروری برای مهندسان برق!

جمع بندی دانش PLC: خواندن ضروری برای مهندسان برق!

I. تعریف و طبقه بندی PLCها

PLC یا کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی، نسل جدیدی از دستگاه های کنترل صنعتی جهانی است. این مبتنی بر ریزپردازنده ها است و فناوری رایانه، فناوری کنترل خودکار و فناوری ارتباطات را ادغام می کند. PLC ها که برای محیط های صنعتی طراحی شده اند، دارای برنامه نویسی آسان و قابل فهم با استفاده از یک "زبان طبیعی" هستند که به سمت فرآیندهای کنترل و کاربران هدایت می شود. آنها با سادگی، سهولت کار و قابلیت اطمینان بالا مشخص می شوند.

PLC ها که از کنترل ترتیبی رله تکامل یافته اند، حول ریزپردازنده ها متمرکز شده اند و به عنوان دستگاه های کنترل خودکار همه کاره عمل می کنند. بیایید به جزئیات بپردازیم:

1. تعریف

PLC یک سیستم الکترونیکی دیجیتال است که برای کاربردهای صنعتی طراحی شده است. از یک حافظه قابل برنامه ریزی برای ذخیره دستورالعمل ها برای عملیاتی مانند محاسبات منطقی، کنترل ترتیبی، زمان بندی، شمارش و حساب استفاده می کند. PLC ها با ارتباط با ورودی و خروجی های دیجیتال و آنالوگ، تجهیزات مکانیکی مختلف و فرآیندهای تولید را کنترل می کنند. هر دو PLC و دستگاه های جانبی آنها برای ادغام یکپارچه با سیستم های کنترل صنعتی و تسهیل گسترش عملکرد طراحی شده اند.

2. طبقه بندی

محصولات PLC در طیف گسترده ای با مشخصات و قابلیت های عملکرد متفاوت عرضه می شوند. آنها به طور گسترده بر اساس شکل ساختاری، تفاوت های عملکردی و تعداد نقاط ورودی/خروجی طبقه بندی می شوند.

2.1 طبقه بندی بر اساس فرم سازه

PLC ها را می توان بر اساس شکل ساختاری خود به انواع انتگرال و مدولار تقسیم بندی کرد.

(1) PLC انتگرال

PLC های یکپارچه اجزایی مانند منبع تغذیه، CPU و رابط های I/O را در یک کابینت قرار می دهند. آنها به دلیل ساختار فشرده، اندازه کوچک و مقرون به صرفه بودن شناخته شده اند. PLC های کوچک معمولاً این ساختار یکپارچه را اتخاذ می کنند. یک PLC انتگرال از یک واحد پایه (همچنین به عنوان واحد اصلی شناخته می شود) با نقاط ورودی/خروجی مختلف و یک واحد توسعه تشکیل شده است. واحد اصلی شامل CPU، رابط های ورودی/خروجی، یک درگاه توسعه برای اتصال به واحدهای توسعه ورودی/خروجی و رابط هایی برای اتصال به برنامه نویس یا نویسنده EPROM است. از طرف دیگر، واحد توسعه فقط شامل اجزای ورودی/خروجی و منبع تغذیه بدون CPU است. واحد اصلی و واحد انبساط معمولاً از طریق یک کابل تخت متصل می شوند. PLC های انتگرال نیز می توانند به واحدهای عملکردی ویژه مانند واحدهای آنالوگ و واحدهای کنترل موقعیت مجهز شوند تا قابلیت های خود را گسترش دهند.

(2) PLC مدولار

PLC های مدولار دارای ماژول های جداگانه برای هر جزء هستند، مانند ماژول های CPU، ماژول های I/O، ماژول های منبع تغذیه (گاهی اوقات در ماژول CPU یکپارچه می شوند) و ماژول های عملکردی مختلف. این ماژول ها بر روی یک چارچوب یا backplane نصب می شوند. مزیت PLC های مدولار در پیکربندی انعطاف پذیر آنها نهفته است که امکان انتخاب مقیاس های مختلف سیستم را در صورت نیاز فراهم می کند. آنها همچنین به راحتی قابل جمع آوری، گسترش و نگهداری هستند. PLC های متوسط ​​و بزرگ معمولاً ساختاری مدولار دارند.

علاوه بر این، برخی از PLC ها ویژگی های هر دو نوع انتگرال و مدولار را با هم ترکیب می کنند و چیزی را به نام PLC پشته ای تشکیل می دهند. در PLC های پشته ای، اجزایی مانند CPU، منبع تغذیه و رابط های ورودی/خروجی، ماژول های مستقلی هستند که از طریق کابل به هم متصل شده اند و می توانند لایه به لایه روی هم قرار گیرند. این طراحی نه تنها پیکربندی سیستم انعطاف پذیر را ارائه می دهد، بلکه امکان اندازه جمع و جور را نیز فراهم می کند.

2.2 طبقه بندی بر اساس تابع

PLC ها را بر اساس قابلیت های کاربردی می توان به سه دسته رده پایین، میان رده و رده بالا تقسیم کرد.

(1) PLC ارزان قیمت

PLC های رده پایین دارای عملکردهای اساسی مانند عملیات منطقی، زمان بندی، شمارش، جابجایی، خود تشخیصی و نظارت هستند. آنها همچنین ممکن است شامل مقدار محدودی از ورودی/خروجی آنالوگ، عملیات حسابی، انتقال و مقایسه داده، و توابع ارتباطی باشند. این PLC ها عمدتاً برای سیستم های کنترل تک ماشینی شامل کنترل منطقی، کنترل متوالی یا مقدار کمی کنترل آنالوگ استفاده می شوند.

(2) PLC میان رده

علاوه بر عملکرد PLC های پایین رده، PLC های میان رده قابلیت های قوی تری در ورودی/خروجی آنالوگ، عملیات حسابی، انتقال و مقایسه داده ها، تبدیل سیستم اعداد، ورودی/خروجی از راه دور، زیر روال ها و شبکه های ارتباطی ارائه می دهند. برخی نیز ممکن است دارای عملکردهای کنترل وقفه و کنترل PID باشند که آنها را برای سیستم های کنترل پیچیده مناسب می کند.

(3) PLC سطح بالا

PLC های رده بالا، علاوه بر قابلیت های PLC های میان رده، شامل توابع پیشرفته ای مانند عملیات حسابی علامت دار، محاسبات ماتریسی، عملیات منطق بیت، محاسبات ریشه مربع و سایر عملیات تابع ویژه می باشند. آنها همچنین دارای قابلیت ایجاد جدول و انتقال جدول هستند. PLC های سطح بالا دارای قابلیت های ارتباطی و شبکه ای پیشرفته هستند که امکان کنترل فرآیند در مقیاس بزرگ یا تشکیل سیستم های کنترل شبکه توزیع شده را فراهم می کند و در نتیجه به اتوماسیون کارخانه دست می یابد.

2.3 طبقه بندی بر اساس نقاط ورودی/خروجی

بسته به تعداد نقاط ورودی/خروجی، PLC ها را می توان به دسته های کوچک، متوسط و بزرگ طبقه بندی کرد.

(1) PLC کوچک

PLC های کوچک کمتر از 256 نقطه ورودی/خروجی دارند، یک CPU واحد دارند و از پردازنده های 8 بیتی یا 16 بیتی استفاده می کنند. ظرفیت حافظه کاربر آنها معمولاً کمتر از 4 کیلوبایت است.

(2) PLC متوسط

PLC های متوسط بین 256 تا 2048 نقطه ورودی/خروجی دارند، از دو CPU استفاده می کنند و ظرفیت حافظه کاربر از 2 تا 8 کیلوبایت متغیر است.

(3) PLC بزرگ

PLC های بزرگ دارای بیش از 2048 نقطه ورودی/خروجی هستند، از چندین CPU استفاده می کنند و مجهز به پردازنده های 16 بیتی یا 32 بیتی هستند. ظرفیت حافظه کاربر آنها از 8 کیلوبایت تا 16 کیلوبایت متغیر است.

در سراسر جهان، محصولات PLC را می توان به سه نوع اصلی منطقه ای طبقه بندی کرد: آمریکایی، اروپایی و ژاپنی. فن‌آوری‌های PLC آمریکایی و اروپایی به‌طور مستقل توسعه یافتند و در نتیجه تفاوت‌های مشخصی بین محصولات آنها ایجاد شد. فناوری PLC ژاپنی که از ایالات متحده معرفی شده است، ویژگی های خاصی را از PLC های آمریکایی به ارث می برد اما بر PLC های کوچک تمرکز دارد. در حالی که PLC های آمریکایی و اروپایی به دلیل عرضه های متوسط ​​و بزرگ خود مشهور هستند، PLC های ژاپنی به خاطر همتایان کوچک خود مشهور هستند.

II. توابع و زمینه های کاربردی PLC ها

PLC ها مزایای کنترل رله کنتاکتور و انعطاف پذیری کامپیوترها را ترکیب می کنند. این طراحی منحصر به فرد PLC دارای ویژگی های بی نظیری در مقایسه با سایر کنترلرها است.

1. توابع PLC ها

PLC ها به عنوان یک دستگاه کنترل اتوماتیک صنعتی جهانی که حول ریزپردازنده ها متمرکز شده و فناوری رایانه، فناوری کنترل خودکار و فناوری ارتباطات را یکپارچه می کند، مزایای زیادی را ارائه می دهد. این موارد شامل قابلیت اطمینان بالا، اندازه جمع و جور، عملکرد قوی، طراحی برنامه ساده و انعطاف پذیر، تطبیق پذیری و نگهداری آسان است. در نتیجه، PLC ها کاربردهای گسترده ای در زمینه هایی مانند متالورژی، انرژی، مواد شیمیایی، حمل و نقل و تولید برق پیدا می کنند و به عنوان یکی از سه رکن کنترل صنعتی مدرن (در کنار روبات ها و CAD/CAM) ظاهر می شوند. بر اساس ویژگی های PLC ها، اشکال عملکردی آنها را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:

(1) کنترل منطقی سوئیچینگ

PLC ها دارای قابلیت های محاسباتی منطقی قوی هستند که آنها را قادر می سازد تا به کنترل های منطقی مختلف ساده و پیچیده دست یابند. این اساسی ترین و پرکاربردترین دامنه PLC ها است که جایگزین کنترل سنتی رله کنتاکتور می شود.

(2) کنترل آنالوگ

PLCها مجهز به ماژول های تبدیل A/D و D/A هستند. ماژول A/D مقادیر آنالوگ را از میدان - مانند دما، فشار، جریان و سرعت - به کمیت های دیجیتال تبدیل می کند. این مقادیر دیجیتال سپس توسط ریزپردازنده در PLC پردازش می‌شوند (زیرا ریزپردازنده‌ها فقط می‌توانند کمیت‌های دیجیتال را مدیریت کنند) و متعاقباً برای کنترل استفاده می‌شوند. روش دیگر، ماژول D/A برای کنترل شیء کنترل شده، کمیت های دیجیتال را دوباره به کمیت های آنالوگ تبدیل می کند، در نتیجه PLC ها را قادر می سازد تا بر کمیت های آنالوگ کنترل داشته باشند.

(3) کنترل فرآیند

PLC های مدرن با اندازه متوسط و بزرگ معمولاً دارای ماژول های کنترل PID هستند که کنترل فرآیند حلقه بسته را امکان پذیر می کند. هنگامی که یک متغیر در طول فرآیند کنترل منحرف می شود، PLC خروجی صحیح را با استفاده از الگوریتم PID محاسبه می کند، در نتیجه فرآیند تولید را تنظیم می کند و متغیر را در نقطه تنظیم حفظ می کند. در حال حاضر، بسیاری از PLC های کوچک دارای قابلیت کنترل PID نیز هستند.

(4) کنترل زمان و شمارش

PLC ها دارای قابلیت های زمان بندی و شمارش قوی هستند که می توانند ده ها، صدها یا حتی هزاران تایمر و شمارنده را ارائه دهند. مدت زمان و مقادیر شمارش را می توان به طور دلخواه توسط کاربر هنگام نوشتن برنامه کاربر یا توسط اپراتورهای موجود در محل از طریق برنامه نویس تنظیم کرد. این امکان کنترل زمان و شمارش را فراهم می کند. اگر کاربران نیاز به شمارش سیگنال های فرکانس بالا داشته باشند، می توانند ماژول های شمارش با سرعت بالا را انتخاب کنند.

(5) کنترل متوالی

در کنترل صنعتی، کنترل متوالی را می توان از طریق دستورالعمل های مرحله ای PLC یا برنامه نویسی شیفت رجیستر به دست آورد.

(6) پردازش داده ها

PLC های مدرن نه تنها قادر به انجام عملیات حسابی، انتقال داده، مرتب سازی و جستجوی جدول هستند، بلکه می توانند مقایسه داده ها، تبدیل داده ها، ارتباطات داده ها، نمایش داده ها و چاپ را نیز انجام دهند. آنها دارای قابلیت های پردازش داده قوی هستند.

(7) ارتباطات و شبکه

اکثر PLC های مدرن از فناوری های ارتباطی و شبکه استفاده می کنند که دارای رابط های RS-232 یا RS-485 برای کنترل I/O از راه دور هستند. چندین PLC را می توان به شبکه متصل کرد و با یکدیگر ارتباط برقرار کرد. واحدهای پردازش سیگنال دستگاه های خارجی می توانند برنامه ها و داده ها را با یک یا چند کنترل کننده قابل برنامه ریزی مبادله کنند. انتقال برنامه، انتقال فایل داده، نظارت و تشخیص را می توان از طریق رابط های ارتباطی یا پردازنده های ارتباطی که از رابط های سخت افزاری استاندارد یا پروتکل های ارتباطی اختصاصی برای تسهیل برنامه و انتقال داده استفاده می کنند، به دست آورد.

2. زمینه های کاربردی PLC ها

در حال حاضر، PLC ها به طور گسترده ای در داخل و خارج از کشور در صنایع مختلف از جمله آهن و فولاد، نفت، مواد شیمیایی، نیرو، مصالح ساختمانی، ساخت مکانیکی، خودرو، منسوجات سبک، حمل و نقل، حفاظت از محیط زیست و سرگرمی های فرهنگی استفاده می شوند. کاربردهای آنها را می توان به طور کلی به صورت زیر دسته بندی کرد:

(1) کنترل منطقی سوئیچینگ

این بنیادی ترین و گسترده ترین دامنه PLC ها است که جایگزین مدارهای رله سنتی برای دستیابی به کنترل منطقی و ترتیبی می شود. PLC ها را می توان برای کنترل تک ماشینی و همچنین کنترل گروهی چند ماشینی و خطوط تولید خودکار، مانند ماشین های قالب گیری تزریقی، ماشین های چاپ، ماشین های منگنه، ماشین های ترکیبی، ماشین های سنگ زنی، خطوط تولید بسته بندی و خطوط مونتاژ آبکاری استفاده کرد.

(2) کنترل آنالوگ

در فرآیندهای تولید صنعتی، مقادیر متعددی که دائماً متغیر هستند - مانند دما، فشار، جریان، سطح مایع و سرعت - کمیت های آنالوگ هستند. برای فعال کردن PLCها برای مدیریت کمیت های آنالوگ، تبدیل A/D و D/A بین کمیت های آنالوگ و دیجیتال باید محقق شود. سازندگان PLC ماژول های تبدیل A/D و D/A را برای تسهیل برنامه های کنترل آنالوگ برای PLC ها تولید می کنند.

(3) کنترل حرکت

PLCمی توان برای کنترل حرکت چرخشی یا خطی استفاده کرد. از نظر پیکربندی سیستم کنترل، برنامه های کاربردی اولیه به طور مستقیم حسگرهای موقعیت و محرک ها را به ماژول های ورودی/خروجی متصل می کردند. امروزه معمولاً از ماژول های تخصصی کنترل حرکت استفاده می شود. این ماژول ها می توانند کنترل موقعیت تک محوره یا چند محوره را برای موتورهای پله ای یا سروو موتورها هدایت کنند. تقریباً تمام محصولات تولید کنندگان عمده PLC در سراسر جهان دارای قابلیت های کنترل حرکت هستند که به طور گسترده در ماشین آلات مختلف، ماشین ابزار، ربات ها، آسانسورها و سایر کاربردها استفاده می شود.

(4) کنترل فرآیند

کنترل فرآیند به کنترل حلقه بسته مقادیر آنالوگ مانند دما، فشار و جریان اشاره دارد. کاربردهای گسترده ای در زمینه هایی مانند متالورژی، مهندسی شیمی، عملیات حرارتی و کنترل بویلر دارد. به عنوان رایانه های کنترل صنعتی، PLC ها را می توان با انواع الگوریتم های کنترلی برای انجام کنترل حلقه بسته برنامه ریزی کرد. کنترل PID یک روش تنظیم رایج در سیستم های کنترل حلقه بسته است. هر دو PLC با اندازه متوسط ​​و بزرگ به ماژول های PID مجهز هستند و در حال حاضر، بسیاری از PLC های کوچک نیز دارای این ماژول کاربردی هستند. پردازش PID عموماً شامل اجرای یک زیربرنامه اختصاصی PID است.

(5) پردازش داده ها

PLC های مدرن مجهز به عملیات ریاضی (شامل محاسبه ماتریس، محاسبه تابع، عملیات منطقی)، انتقال داده، تبدیل داده، مرتب سازی، جستجوی جدول و توابع دستکاری بیت هستند. آنها می توانند جمع آوری، تجزیه و تحلیل و پردازش داده ها را انجام دهند. این داده ها را می توان با مقادیر مرجع ذخیره شده در حافظه برای انجام عملیات کنترلی خاص مقایسه کرد یا از طریق توابع ارتباطی به دستگاه های هوشمند دیگر منتقل شد. آنها همچنین می توانند چاپ و جدول بندی شوند. پردازش داده معمولاً در سیستم‌های کنترلی در مقیاس بزرگ، مانند سیستم‌های تولید انعطاف‌پذیر بدون سرنشین، و در سیستم‌های کنترل فرآیند، مانند سیستم‌های کاغذسازی، متالورژی و صنایع غذایی استفاده می‌شود.

(6) ارتباطات و شبکه

ارتباط PLC شامل ارتباط بین PLCها و بین PLCها و سایر دستگاههای هوشمند است. با توسعه کنترل کامپیوتری، شبکه های اتوماسیون کارخانه ها به سرعت پیشرفت کرده اند. تمامی سازندگان PLC بر قابلیت های ارتباطی PLC ها تاکید زیادی دارند و سیستم های شبکه مربوطه خود را معرفی کرده اند. PLC هایی که اخیراً تولید شده اند به رابط های ارتباطی مجهز شده اند که ارتباط را بسیار راحت می کند.

III. ساختار اولیه و اصل کار PLCها

به عنوان یک کامپیوتر کنترل صنعتی، PLC ها از نظر ساختار شباهت هایی با کامپیوترهای معمولی دارند. با این حال، تفاوت ها به دلیل سناریوها و اهداف مختلف استفاده می شود.

1. اجزای سخت افزاری PLC ها

نمودار ساختار اصلی یک میزبان PLC در شکل زیر نشان داده شده است: [شکل]

در نمودار، میزبان PLC از یک CPU، حافظه (EPROM، RAM)، واحدهای ورودی/خروجی، رابط های ورودی/خروجی محیطی، رابط های ارتباطی و منبع تغذیه تشکیل شده است. برای PLC های یکپارچه، همه این اجزا در یک کابینت قرار می گیرند. در PLC های مدولار، هر جزء به طور مستقل به عنوان یک ماژول بسته بندی می شود و ماژول ها از طریق یک رک و کابل به هم متصل می شوند. تمام قسمت های داخل میزبان از طریق گذرگاه های برق، گذرگاه های کنترل، گذرگاه های آدرس و گذرگاه های داده به هم متصل می شوند. بسته به نیازهای شی کنترل واقعی، دستگاه های خارجی مختلف برای تشکیل سیستم های کنترل PLC مختلف پیکربندی می شوند.

دستگاه های خارجی رایج شامل برنامه نویس ها، چاپگرها و رایترهای EPROM هستند. PLC ها همچنین می توانند به ماژول های ارتباطی برای ارتباط با ماشین های سطح بالاتر و سایر PLC ها مجهز شوند و در نتیجه یک سیستم کنترل توزیع شده برای PLC ها تشکیل شود.

در زیر مقدمه ای بر هر جزء از PLC و نقش آن برای کمک به کاربران برای درک بهتر اصول کنترل و فرآیندهای کاری PLC ها آورده شده است.

(1) CPU

CPU مرکز کنترل PLC است. تحت کنترل CPU، PLC برای دستیابی به کنترل بر تجهیزات مختلف در محل، هماهنگ و منظم عمل می کند. CPU که از یک ریزپردازنده و یک کنترلر تشکیل شده است، می تواند عملیات منطقی و ریاضی را انجام دهد و کار اجزای داخلی مختلف سیستم کنترل را هماهنگ کند. کنترل کننده عملکرد منظم تمام قسمت های ریزپردازنده را مدیریت می کند. وظیفه اصلی آن خواندن دستورالعمل ها از حافظه و اجرای آنها است.

(2) حافظه

PLC ها به دو نوع حافظه مجهز هستند: حافظه سیستم و حافظه کاربر. حافظه سیستم برنامه های مدیریت سیستم را ذخیره می کند که کاربران نمی توانند به آنها دسترسی یا تغییر دهند. حافظه کاربر برنامه های کاربردی کامپایل شده و وضعیت داده های کاری را ذخیره می کند. بخشی از حافظه کاربر که وضعیت های داده های کاری را ذخیره می کند به عنوان منطقه ذخیره سازی داده نیز شناخته می شود. این شامل نواحی تصویر داده های ورودی/خروجی، نواحی داده های از پیش تعیین شده و ارزش فعلی برای تایمرها/ شمارنده ها، و مناطق بافر برای ذخیره نتایج میانی است.

حافظه PLC در درجه اول شامل انواع زیر است:

حافظه فقط خواندنی (ROM)

حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی (PROM)

حافظه قابل برنامه ریزی قابل پاک کردن فقط خواندنی (EPROM)

حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی با قابلیت پاک کردن الکتریکی (EEPROM)

حافظه با دسترسی تصادفی (RAM)

(3) ماژول های ورودی/خروجی (I/O).

① سوئیچینگ ماژول ورودی

دستگاه های ورودی سوئیچینگ شامل سوئیچ ها، دکمه ها، سنسورها و غیره مختلف است. انواع ورودی PLC می تواند DC، AC یا هر دو باشد. منبع تغذیه مدار ورودی می تواند به صورت خارجی تامین شود، یا در برخی موارد، به صورت داخلی توسط PLC تامین شود.

② سوئیچینگ ماژول خروجی

ماژول خروجی سیگنال های کنترل سطح TTL خروجی توسط CPU را هنگام اجرای برنامه کاربر به سیگنال های مورد نیاز در محل تولید برای هدایت تجهیزات خاص تبدیل می کند و در نتیجه مکانیسم اجرا را فعال می کند.

(4) برنامه نویس

برنامه نویس یک دستگاه خارجی ضروری برای PLC ها است. این به کاربران اجازه می دهد تا برنامه ها را در حافظه برنامه کاربر PLC وارد کنند، برنامه ها را اشکال زدایی کنند و اجرای برنامه را نظارت کنند. از نظر برنامه نویسی، برنامه نویسان را می توان به سه نوع دسته بندی کرد:

برنامه نویس دستی

برنامه نویس گرافیکی

برنامه نویس عمومی کامپیوتر

(5) منبع تغذیه

واحد منبع تغذیه برق خارجی (مثلاً 220 ولت AC) را به ولتاژ کاری داخلی تبدیل می کند. منبع تغذیه متصل خارجی به ولتاژ کاری مورد نیاز مدارهای داخلی PLC (به عنوان مثال، DC 5V، ±12V، 24V) از طریق یک تنظیم کننده ولتاژ حالت سوئیچ اختصاصی در PLC تبدیل می شود. همچنین منبع تغذیه 24 ولت DC را برای دستگاه های ورودی خارجی (به عنوان مثال، سوئیچ های مجاورت) (فقط برای نقاط ورودی) فراهم می کند. منبع تغذیه برای راندن بارهای PLC توسط ...

(6) رابط های جانبی

مدارهای رابط محیطی برنامه نویسان دستی یا دیگر برنامه نویسان گرافیکی، نمایشگرهای متنی را به هم متصل می کنند و می توانند یک شبکه کنترل PLC را از طریق رابط محیطی تشکیل دهند. PLC ها می توانند با استفاده از کابل PC/PPI یا کارت MPI از طریق رابط RS-485 به رایانه ها متصل شوند و برنامه نویسی، نظارت، شبکه و سایر عملکردها را فعال کنند.

2. اجزای نرم افزاری PLC ها

نرم افزار PLC شامل برنامه های سیستم و برنامه های کاربر است. برنامه های سیستم توسط سازندگان PLC طراحی و نوشته شده و در حافظه سیستم PLC ذخیره می شود. کاربران نمی توانند مستقیماً آنها را بخوانند، بنویسند یا تغییر دهند. برنامه‌های سیستم معمولاً شامل برنامه‌های تشخیصی سیستم، برنامه‌های پردازش ورودی، برنامه‌های کامپایل، برنامه‌های انتقال اطلاعات و برنامه‌های نظارتی و غیره هستند.

Uبرنامه های ser توسط کاربران با استفاده از زبان های برنامه نویسی PLC بر اساس نیازمندی های کنترل کامپایل می شوند. در برنامه های کاربردی PLC، مهم ترین جنبه استفاده از زبان های برنامه نویسی PLC برای نوشتن برنامه های کاربر برای دستیابی به اهداف کنترلی است. از آنجایی که PLC ها به طور خاص برای کنترل صنعتی توسعه یافته اند، کاربران اصلی آنها تکنسین های برق هستند. برای برآوردن عادات سنتی و قابلیت‌های یادگیری، PLCها در درجه اول از زبان‌های اختصاصی استفاده می‌کنند که در مقایسه با زبان‌های کامپیوتری ساده‌تر، قابل فهم‌تر و شهودی‌تر هستند.

ساختار دستورالعمل گرافیکی

متغیرهای واضح و ثابت

ساختار برنامه ساده شده

فرآیند تولید نرم افزار کاربردی ساده شده

ابزارهای رفع اشکال پیشرفته

3. اصول اولیه کار PLCها

فرآیند اسکن PLC عمدتاً به سه مرحله تقسیم می‌شود: نمونه‌گیری ورودی، اجرای برنامه کاربر و تازه‌سازی خروجی. همانطور که در شکل نشان داده شده است: [شکل]

مرحله نمونه گیری ورودی

در مرحله نمونه‌گیری ورودی، PLC به‌طور متوالی تمام وضعیت‌ها و داده‌های ورودی را به روش اسکن می‌خواند و آنها را در واحدهای مربوطه ناحیه تصویر I/O ذخیره می‌کند. پس از تکمیل نمونه گیری ورودی، فرآیند به سمت اجرای برنامه کاربر و مراحل تازه سازی خروجی می رود. در این دو مرحله، حتی در صورت تغییر وضعیت های ورودی و داده ها، وضعیت ها و داده ها در واحدهای مربوطه ناحیه تصویر I/O تغییر نمی کند. بنابراین، اگر ورودی یک سیگنال پالس باشد، عرض پالس باید بیشتر از یک سیکل اسکن باشد تا اطمینان حاصل شود که ورودی تحت هر شرایطی قابل خواندن است.

مرحله اجرای برنامه کاربر

در طول مرحله اجرای برنامه کاربر، PLC همیشه برنامه کاربر (نمودار نردبان) را به ترتیب از بالا به پایین اسکن می کند. هنگام اسکن هر نمودار نردبانی، ابتدا مدار کنترلی را که توسط کنتاکت های سمت چپ نمودار نردبان تشکیل شده اسکن می کند. عملیات منطقی بر روی مدار کنترل به ترتیب از چپ به راست و از بالا به پایین انجام می شود. سپس بر اساس نتایج عملیات منطقی، وضعیت بیت مربوطه در فضای ذخیره‌سازی رم سیستم برای سیم‌پیچ منطقی تازه‌سازی می‌شود یا وضعیت بیت مربوطه در ناحیه تصویر ورودی/خروجی برای سیم‌پیچ خروجی تازه‌سازی می‌شود یا مشخص می‌شود که آیا دستورالعمل‌های عملکرد ویژه مشخص شده در نمودار نردبانی اجرا شود.

یعنی در حین اجرای برنامه کاربر، تنها وضعیت ها و داده های نقاط ورودی در ناحیه تصویر I/O بدون تغییر باقی می ماند، در حالی که وضعیت ها و داده های سایر نقاط خروجی و دستگاه های نرم افزاری در ناحیه تصویر I/O یا فضای ذخیره رم سیستم ممکن است تغییر کند. نمودارهای نردبانی که در بالاتر قرار دارند بر نتایج اجرای نمودارهای نردبان پایینی که به این سیم پیچ ها یا داده ها اشاره می کنند تأثیر می گذارد. برعکس، وضعیت‌های تازه یا داده‌های سیم‌پیچ‌های منطقی در نمودارهای نردبان پایین‌تر فقط بر نمودارهای نردبان بالاتر در چرخه اسکن بعدی تأثیر می‌گذارند.

مرحله تازه سازی خروجی

هنگامی که اسکن برنامه کاربر کامل شد، PLC وارد مرحله تازه سازی خروجی می شود. در طول این مرحله، CPU تمام مدارهای لچ خروجی را با توجه به وضعیت ها و داده های موجود در ناحیه تصویر I/O به روز می کند و دستگاه های جانبی مربوطه را از طریق مدارهای خروجی هدایت می کند. این نشان دهنده خروجی واقعی PLC است.

پدیده تاخیر ورودی/خروجی

از فرآیند کار PLC، نتایج زیر را می توان استخراج کرد:

برنامه ها به شیوه ای اسکن اجرا می شوند که منجر به تاخیر ذاتی در رابطه منطقی بین سیگنال های ورودی و خروجی می شود. هر چه چرخه اسکن طولانی تر باشد، تاخیر شدیدتر است.

چرخه اسکن علاوه بر زمان اشغال شده توسط سه مرحله اصلی کار - نمونه‌گیری ورودی، اجرای برنامه کاربر، و تازه‌سازی خروجی - شامل زمان مصرف شده توسط عملیات مدیریت سیستم نیز می‌شود. زمان صرف شده برای اجرای برنامه به طول برنامه و پیچیدگی عملیات دستورالعمل مربوط می شود، در حالی که سایر عوامل نسبتاً ثابت می مانند. چرخه های اسکن معمولاً در حد میلی ثانیه یا میکروثانیه هستند.

در طول اجرای اسکن n، داده های ورودی که بر آن تکیه می شود، مقدار نمونه برداری X است که در مرحله نمونه برداری از آن چرخه اسکن به دست آمده است. داده خروجی Y(n) بر اساس مقدار خروجی Y(n-1) از اسکن قبلی و مقدار خروجی فعلی Yn است. سیگنال ارسال شده به ترمینال خروجی نشان دهنده نتیجه نهایی Yn پس از انجام تمام محاسبات در طول این چرخه است.

تاخیر پاسخ ورودی/خروجی نه تنها به روش اسکن بلکه به ترتیب طراحی برنامه نیز مربوط می شود.