سخت افزار PLC

 سخت افزار PLC

قسمتهاي تشكيل دهنده سخت افزار PLC به صورت زير تقسيم مي شود

واحد منبع تغذيه PS(Power Supply)
منبع تغذيه ولتاژهاي مورد نياز PLC را تامين ميكند.اين منبع معمولاً از ولتاژهاي 24Vdc و 110Vac يا 220Vac، ولتاژ 5 Vdc را ايجاد مي كند. ماكزيمم جريان قابل دسترسي منطبق با تعداد ماژولها ي خروجي مصرفي است. جهت دستيابي به راندمان بالا معمولاً از منابع تغذيه سوئيچينگ استفاده مي شود. براي تغذيه رله ها و محركها (Actuator) معمولاً از ولتاژ24 Vdc بصورت مستقيم و بدون هيچ كارت ارتباطي استفاده مي شود .
در برخی از PLC ها برای نگهداری اطلاعات حافظه موقت ( ثبات ها و پرچم ها و … ) در هنگام قطع تغذیه از یک باتری پشتیبان ( Backup Battery ) از جنس Lithium استفاده می شود . ولتاژ این باتری معمولاً 8.2تا 2.3 ولت میباشد . معمولا بر روی PLC یک LED که نشانگر این است که باتری در حال تمام شدن است ، تعبیه شده تا قبل از تخلیه کامل ، باتری عوض شود .
• واحد پردازش مركزي CPU
وظيفه اين واحد، دريافت اطلاعات از وروديها، پردازش اين اطلاعات مطابق دستورات برنامه و صدور فرمانهايي است كه به صورت فعال يا غير فعال كردن خروجي ها ظاهر مي شود.
• حافظه یا Memory
این بخش وظیفه نگهداری اطلاعات و برنامه را بر عهده دارد و بر سه نوع است :

الف ) حافظه دائم (EEPROM , EPROM) : كه جهت نگهداري و ذخيره هميشگي برنامه كاربر استفاده مي شود.

ب ) حافظه موقت (RAM ) : این حافظه برای نگهداری اطلاعات به صورت موقت (داده ها و فلگ ها و تایمر ها و شمارنده ها و برنامه هاي كاربردي كاربراست ) استفاده می شود . اطلاعات این بخش با قطع تغذیه از بین میرود . این حافظه از نوع RAM ساخته می شود .

ج ) کارت حافظه : این کارتها برای استفاده در حافظه اصلی CPU و همچنین در مدولهای CP طراحی میشوند و به صورت RAM یا FALASH EPROM CARD و با ظرفیتهای مختلف در دسترس میباشند.
ماژولهاي ورودي
ورودي هايي كه در سيستم هاي PLC مورد استفاده قرار مي گيرند در حالت كلي به صورت زير مي باشند:

الف) وروديهاي ديجيتال(Digital Input) : اين وروديها معمولاً بصورت سيگنالهاي 0 يا 24 VDC مي باشند . گاهي براي پردازش به تغيير سطح ولتاژ نياز دارند. معمولاً براي انجام اين عمل ماژولهايي خاص در PLC در نظر گرفته مي شود . جهت حفاظت مدارهاي داخلي PLC از خطرات ناشي از اشكالات بوجود آمده در مدار يا براي جلوگيري از ورود نويزهاي موجود در محيط هاي صنعتي ،ارتباط وروديها با مدارت داخلي PLC توسط كوپل كننده هاي نوري انجام مي گيرد. بدليل ايزوله شدن ورودي ها از بقيه اجزاي مدار داخلي PLC ، هرگونه اتصال كوتاه و يا اضافه ولتاژ نمي تواندآسيبي به واحدهاي داخلي PLC وارد آورد.

ب) ورودي هاي آنالوگ(Analog Input) : اين گونه وروديها در حالت استاندارد4-20 mA و يا 0-20mA بوده ،مستقيما به ماژول آنالوگ متصل مي شوند . ماژولهاي ورودي آنالوگ، سيگنالهاي دريافتي پيوسته رابه مقادير ديجيتال تبديل نموده و سپس مقادير ديجيتال حاصل توسط CPU پردازش مي شود.

ماژولهاي خروجي
خروجي هاي استفاده شده در PLCها به دو صورت زيرمي باشند:
الف)خروجيهاي ديجيتال:اين فرمانهاي خروجي به صورت سيگنالهاي 0-24 VDC بوده كه در خروجي ظاهر مي شوند. بنابراين هر خروجي از لحاظ منطقي مي تواند مقادير “0” يا “1” را داشته باشد. اين سيگنالها به تقويت كننده هاي قدرت يا مبدل هاي الكتريكي ارسال مي شوند تا مثلا ماشين را به حركت در آورند يا آنرا از حركت باز دارند.
ب) خروجيهاي آنالوگ: سطوح ولتاژ و جريان استاندارد خروجي مي تواند يكي از مقادير ،4-20 mA ، 0- 20mA باشد . معمولاً ماژولهاي خروجي آنالوگ ، مقادير ديجيتال پردازش شده توسط CPU را به سيگنالهاي آنالوگ مورد نياز جهت پروسه تحت كنترل تبديل مي نمايند . اين خروجي ها بوسيله واحدي به نام Isolator از ساير قسمتهاي داخلي PLC ايزوله مي شوند. بدين ترتيب مدارت حساس داخلي PLC از خطرات ناشي از امكان بروز اتصالات نا خواسته خارجي محافظت مي گردند.
نکته : برای حفاظت از مدارات داخلی PLC نسبت به تغییر ورودی یا خروجی ها و یا عواملی نظیر اتصال کوتاه و غیره از مدارات ایزوله کننده ( جدا کننده ) و یا کوپل کننده های نوری ( Optical Coupler ) استفاده می کنند تا محیط داخلی از محیط خارجی جدا شود . این کار را هم برای ورودی و هم برای خروجی انجام می دهند .

ماژولهاي تغيير شكل سيگنال
در مواقعي كه سيگنالهاي موجود در محدوده استانداردنباشند، لازم است از يك ماژول تغيير شكل دهنده استفاده شود تا محدوده سيگنالها را تغيير داده و به محدوده استاندارد تبديل كند.

ماژول ارتباط پروسسوري Communication Processor)CP)
اين ماژول ارتباط بين CPU مركزي را با CPU هاي جانبي بر قرار مي سازد.

ماژول رابط Interface Module)IM)
در صورت نياز به اضافه نمودن واحد هاي ديگرورودي و خروجي به PLC يا جهت اتصال پانل اپراتوري و پروگرامر،به PLC از اين ماژول ارتباطي استفاده مي شود. در صورتي كه چندين PLC بصورت شبكه به يكديگر متصل شوند. از واحد IM جهت ارتباط آنها استفاده مي شود .

ماژول تابع ساز FM
این مدولها بسته به مدل آنها برای یک یا چند عمل خاص از قبیل شمارش ، کنترل ، کنترل حلقه بسته ، آشکارسازی موقعیت و .. به کار میرود . به عنوان مثال IP244 مدول کنترل درجه حرارت.
بدنه و قفسه ها (Racks and Slot)
در یک سیسنم کامل PLC صفحه ای قرار دارد که تمام ماژولها و کارتها بر روی آن نصب می شوند این صفحه Rack نام دارد . و به محل قرار گرفتن کارتها و ماژولها Slot گفته می شود .

انواع محيطهاي برنامه نويسي و امكانات نرم افزاري در PLC
امروزه استاندارد هاي خاص بيت المللي مثل IEC 1131 براي برنامه نويسي و كار با PLC ها وجود دارد كه اغلب شركت هاي سازنده و طراح PLC كه معمولا نرم افزارهاي مخصوص PLC هاي خودشان را توليد مي كنند. از اين روشهاي استاندارد شده پيروي مي كنند و فقط تفاوتهاي جزيي در نرم افزارهاي آنها به چشم مي خورد كه اكثر آنها هم در اثر تفاوتهاي سخت افزاري سيستم هاي طراحي شده بوجود مي آيند . اما در اين بخش زبانها و محيطهاي مختلف برنامه نويسي به طور مختصر و خلاصه به طور عمومي و كلي مورد بررسي قرار مي گيرد تا در برخورد هاي احتمالي با اين محيطها دچارسردرگمي نشويد.
بطور كلي مي توان زبانها برنامه نويس PLCرا به پنج دسته تقسيم كرد
زبان LD يا Ladder Diagram Language
اين زبان بسيار شبيه به دياگرام نردباني قديمي است و تغييرات آن نسبت به مدلهاي قديمي تر ، بسيار جزئي است و اگر به دياگرام نردباني علائمي مثل ورودي، كنتاكت و كويل آشنا باشيد براحتي مي توانيد با اين زبان كار كنيد،شكل زیر خلاصه ايي از علايم مورد استفاده در LD است.

هر كنتاكت در اين روش به يك ورودي و هر كويل به يك متغيير خروجي نسبت داده مي شود . نحوه ارتباط بين ورودي ها و خروجي ها ، دقيقا شبيه به دياگرام نردباني رله اي است ، اما حالتهاي استاندارتري هم براي اين ارتباطات وجود دارد كه در شكل زيرچند مورد از آنها را بررسي مي كنيم:
زبان STL يا Structured Text Language
اين زبان شبيه زبانهاي متداول برنامه نويسي مثل پاسكال است و از دستورات حلقه ، شرط و امكانات ديگرزبانهاي سطح پايين كمك مي گيرد.براي افرادي كه بانوع محيط ها ي برنامه نويسي متداول كار كرده اند استفاده از اين زبان راحت تر و مناسب تر است.بعضي از دستورالعمل هاي اين محيط عبارتنداز:
IF, THEN, ELSE, FOR, WHILE, REPEAT, RETURN

زبان FBD يا Function Block Diagram Language
ابزار هاي موجود در محيط برنامه سازي FBD، كمي با زبانهاي ديگر متفاوت است و مي بايست برخورد متفاوتي با آنها داشت .در اين محيط بسياري از ابزار هاي واقعي به صورت بلاك هاي مختلف در اختيار هستند و فقط كافي است آنها را به شكل مورد نظر كنار هم و در غالب يك پروژه ، قرار داد و از سمت مناسب ، ورودي و خروجيهايشان را بهم متصل كرده و آزمايش كنيم در اينجا به چند بلوك نرم افزاري مهم كه كاربرد وسيع تري نسبت به بقيه دارند اشاره مي شود. اما پيش از آن ذكر چند نكته در مورد كار با اين بلك ها ضروري به نظر مي رسد:
شكل بلاك ها: كليه بلاكها در FBD معرف يك عمليات خاص بين ورودي و خروجي هايشان هستند به شكل زير توجه شود.

شكل كلي بلاك ها در FBD
متغير هاي ورودي در برنامه. به پايه هاي ورودي بلاك و متغير هاي خروجي به پايه هاي خروجي بلاك متصل مي شوند و بدين ترتيب مي توان با استفاده از بلاكهاي استاندارد منطقي و امكانات ديگري كه FBD در اختيار مي گذارد روتين كنترلي مورد نظر را پياده سازي كرد.
بلاكهايي كه FBD بعنوان ابزار در دسترس قرار مي دهد، متنوع هستند و از آن جمله مي توان به : فليپ فلاپهايSR،RS،F-Trig،R-Trigشمارنده هايCTU،CTD،-CTUDتايمرهاي TON،TOF،TPسيگنال ژنراتور ياSIG GENـ انواع عملگرهاي منطقي مثل,OR,XOR,ADD،SUB و بسياري عملگرها و توابع ديگر اشاره كرد. به شكل زير توجه شود:
لازم بذكر است كه در محيط برنامه نويسي مي توان بسته به نياز خود توابع جديدي را تعريف و پياده سازي كرد كه در كتابخانه نرم افزاري نگهداري خواهد شد و مي توان در جاي مناسب از آن استفاده كرد.

زبان SFC يا Sequential Function Chart Language
در اين محيط نيز مانند ديگر محيط هاي برنامه نويسي،ابزار هايي وجود دارند كه در ابتدا بايد با آنها آشنا شد، مهمترين ابزارهاي موجود Transition, Step است.
هر Step معرف مرحله اي از روتين كنترلي است كه در آن اتفاقاتي ، براساس تعاريف نويسنده برنامه، به وقوع خواهد پيوست ،مورد بعدي كه بايد در مورد آن صحبت شود Transition است كه بصورت يك خط افقي مسير ارتباطي بين دو step را قطع مي كند. Transition ها در هر مرحله از برنامه شروط موجود در قسمتهاي قبلي خود را مي بينند و بر آورده شدن و عدم برآورده شدن آن شروط بررسي را مي كنند و بديهي است كه اگر شروط هر مرحله برآورده شده باشد .Transition ها مربوطه اجازه عبور از آن مرحله را صادر مي كند و بالعكس.
زبان IL يا Instruction List Language
اين زبان نيز بي شباهت به زبان اسمبلي نبوده و آشنا بودن به اسمبلي در هنگام كار با اين محيط ، تا حدودي كمك خواهدكرد.بعضي از دستورالعمل هاي اين محيط عبارتند از:LD, ST, CAL, JMP, RET.ADD, SUB, MUL
پنج زبان فوق زبان هاي استاندارد و شناخته شده PLC ها هستند و كمپاني هاي سازنده سخت افزار و نرم افزار PLCها با وجود اختلاف هاي جزيي كه ممكن است در نام يا ظاهر نرم افزار هايشان با نمونه هاي اصلي و جود داشته باشد، همگي بر اساس همين روشهاي استاندارد شده حركت مي كنند .در قسمت های بعدی روش برنامه نویسی هر کدام توضیح داده خواهد شد و در حال حاظر تنها جهت معرفی بیان شده اند .

ارتباط در PLC ها
نياز مبادله اطلاعات بين PLC ها و ساير تجهيزات در يك كارخانه خودكار ، سبب شده است كه امكانات ارتباطي روي همه كنترل كننده ها نصب شود در PLC هاي كوچك سخت افزار و نرم افزارلازم در خود بدنه PLC نصب گردد و در PLC هاي بزرگ ، ماژول هاي ويژه اي جهت ارتباط وجود دارد.
باسهاي ارتباطي براي منظورهاي مختلفي استفاده مي شوند از جمله:
• نمايش داده ها و آلارم ها از طريق VDU يا چاپگر
• ذخيره داده ها در فايلهاي بايگاني(در يك كامپيو تر) تا براي بررسي كارايي فرايند و مديريت اطاعت استفاده شوند.
• ارسال پارامترهاي لازم از طريق اپراتور يا كنترل كننده ناظر به PLC ها
• تغيير برنامه PLCها از طريق كنترل كننده ناظر
• تغيير وضعيت نقاط I/O از طريق يك ترمينال راه دور
• اتصال PLC در يك سلسله مراتب كنترلي كه در آن PLC هاي متعددي وجو دارد.
يك سيستم Redundant با خطوط دوبل اترنت و خطوط دوبل Remote I/O و منابع تغذيه دوبل روي هر Remote I/O

ارتباط سريال:
در PLC ها معمولا براي ارتباط با ساير قسمتها و ارسال و دريافت داده ها ، از خطوط سريال استفاده مي شود، جهت ارتباط سريال استاندارهايي وجود دارد كه مهمترين آن RS 232 ومشتق آن RS 422/423 است.
RS 232 استاندارد ارتباط سريال در فواصل كو تاه است كه براي ارتباط كامپيوتر با تجهيزات جانبي آن نظير چاپگر استفاده مي گردد. اين استاندارد، اتصالات الكتريكي و فيزيكي ،ارتباط بين سيگنالها و روند مبادله اطلاعات را تعريف مي كند. اتصال نوع Dبا 25پايه كاملا متداول است و روي همه كامپيوترها و PLCها نصب مي شود.RS 232 و 422 RS در ارسال يكسان هستند و تفاوت آنها در سطح ولتاژ و سرعت انتقال است.
در ارتباط سريال سه ويژگي وجود دارد كه بايد به آنها توجه كرد: اول سرعت انتقال،يعني تعداد بيت ارسالي در ثانيه و عرض پالس هر بيت. دوم سطح ولتاژهاي منطقي، يعني بيت 1و0 با چه ولتاژي نشان داده مي شود و سوم نحوه همزماني داده ها تا گيرنده بتواند داده ها را به طور صحيح دريافت كند.

فاصله انتقال
استاندارد 232 RS حداكثر طول 30 متر را در سرعت 9600bps پيشنهاد مي كند، بخاطر اثر خازني سيمها طول بيشتر از اين مقرون بصرفه نيست. البته در سرعت هاي كمتر با استفاده از كابلهاي مناسب مي توان فاصله را بيشتر كرد. در صورتي كه فواصل ارتباطي زياد باشد از استانداردهاي ديگر نظير RS 422 و حلقه جريان استفاده مي شود.
حلقه جريانmA20
در اين استاندارد براي ارسال داده از يك مدار جريان mA 20 استفاده مي شود. اين روش مناسب محيطهاي نويزي و فواصل زياد است. مثلا در سرعت 9600bps مي توان تا فاصله 300m از اين استاندارد استفاده كرد. ارسال و دريافت اطلاعات از طريق يك زوج سيم صورت مي گيرد و معمولا جهت ايزولاسيون الكتريكي از تزويج كننده هاي نوري استفاده مي شود.لازم بذكر است كه اين استاندارد با استاندارد RS 232 انطباق ندارد و اتصال آنها به يكديگر نياز به مدار واسطه مناسب دارد. عيب حلقه جريان 20mAاين است كه براي آن استاندارد مشخصي وجود ارائه نشده است و مانند RS 232 خطوط كنترلي (Handshaking) ندارد.

RS422/423
اين استاندارد بهبود يافته RS 232 است كه بعضي ازمزاياي حلقه جريان رانيز دارد.
RS 422 براي هرسيگنال دو سيم استفاده مي كند كه به صورت تفاضلي هستند و در نتيجه اطلاعات تا فواصل بيشتري قابل ارسال است.
معمولا هر PLC يك ارتباط RS 232 دارد كه اتصالات مربوط به RS 422 از آن مشتق شده است. براي فواصل كم از RS 232 و براي فواصل زياد ازRS422 استفاده مي شود.

ارتباط PLC ها بايكديگرو با ادوات فيلد بااستفاده از پروتكل فيلد باس(FF)

ارتباط PLC ها( ماژول ها و برنامه ريزي )
براي انجام هر ارتباط سريال لازم است پارامترهاي ارتباط مشخص شود. اين پارامترها عبارتنداز:
• قالب بندي داده ها ، شامل بيت شروع و خاتمه، توازن و تعداد بيت داده

ادامه

مقالات، مطالب، طرح ها و پروژه های خود را برای قرارگیری در سایت علمی آموزشی نواندیشان از اینجا بفرستید.

درباره نویسنده

مطالب مرتبط

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *