پی ال سی جیست؟

PLC چیست؟

یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه نویسی می باشد که معمولا"(programable logic controller ) یک نوع وسیلهء کامپیوتر که برای کنترل تجهیزات وابزار صنعتی بکار می‌رود .این نوع تجهیز (plc) ابزارهای صنعتی خودشان را کنترل می کند .

 

وسیلهءسیستم برنامه ای ماشین به صورت اسمبلی اتوماتیک می باشد که شما به آن برنامه به میدهد ویا با یک plc دیگری خارج از آنجا آن را کنترل می کنید

در کنترل سیستم کار خانه های قدیمی دستگاهها بصورت سیمی کنترل می شدند و بر این اساس وتابع این سیستم عمل می کردند وسیستم PLC جایگزین بین سیم کشی های بین دستگاها شده است . بدین سان بجای کنترل سیم ها به یکدیگر همهء تجهیزات به PLC متصل می شود . سپس برنامه کنترل PLC آماده است برای آن که دستگاها را به یکدیگر متصل کند .

برنامه کنترل کا مپیوتر در حا فظه ء PLC ذخیره شده که به پی ال سی اجازه می دهد که چیزی را که فرض کرده PLC از آن استفاده کند برای آماده کردن سیم کشی واتصال بین سیستم دستگاه که سیستم نرم افزاری سیم کشی گفته می شود .

چرااز PLCاستفاده می شود ؟

این رابط نرم افزاری مهم و ضروری است . که توسط [controllers-programable] آماده میشود که در حقیقت مهمترین خصوصیت plc برای تغییر وساخت وکنترل سیستمها می‌باشد

اگر شما می خواهید دستگاهی در یک سیستم plc رفتارهای متفاوت ویا کنترل توسط پروسه های مختلف داشته باشد می توانید باتغییراین برنامه کنترل آن را دردست گیرید. در سیستمهای برای انجام این نوع تغییر باید وایرهای بین ابزارها تغییر کند که هزینه وزمان زیادی را مصرف اما چه چیز در PLC فوق العاده است؟

 سیستم پایه ای plc به دو فاکتور را شامل می شود

1) قسمت مرکزی

2) ورودی وخروجی سیستم

cpu  قسمتی از کنترل کننده قابل برنامه ریز[ontroller_c-programable] می باشد که اصلاح کردن وکد گذاری وانباشته کردن فرآیند های اطلاعات را به عهده دارد همچنین اجرا کردن برنامهء کنترل ذخیره شده در حافظه CPU.

ماهیت CPUمغز برنامه ریز وکنترل کننده میباشد . CPU3 قسمت دارد

1) پردازنده (the processor)

2) سیستم حافظه (the memory  system )

3) منبع تغذیه (the power supply)

پردازنده قسمتی ازCPU  می باشد که ورودیها ی آن کدها وکد گذاریهایی می با شد که به کامپیوتر می دهند .

سیستم حافظه یکی دیگر از قسمتهای cpu میباشد که هر دو قسمت برنامهء کنترل وورودی از تجهیزات اتصال به plc را در خود ذخیره کرده است . منبع تغذیه قدرت قسمتی است برای آماده کردن ولتاژوجریان مود نیاز PLC.

 

ورودی وخروجی سیستم :(O/I)   SYSTEM   OUT PUT    /THE INPUT

ورودی وخروجی سیستم قسمتی از PLC است که در همه زمینه های صنعتی و انواع دستگاههابه آن متصل می شوند . اگر CPU بتواند به عنوان یک مغز برای PLC باشد سپس سیستم ورودی وخروجی (O/I)هم می تواند به عنوان یک دست وپا باشد .

سیستم ورودی وخروجی شامل 2قسمت اصلی می باشد :

رکها (THE RACK)

سیستم ورودی وخروجی(MODULES)

رک در شیارها محصور شده وبه این وسیله به CPU متصل می شود . سیستم ورودی وخروجی (O/I)

(MODULES) به صورت ترمینال که اتصالات و سیمها به آن وصل می شوند .  رک(RACK) ,  (MODULES) (O/I) از تقابل بین زمینه  ابزار و PLC می باشد .هنگامی که بطور کامل نصب می شود.

در هرسیستم ورودی وخروجی (MODULE) (O/I) هر قسمت بطور مطمئن در هر زمینه ابزاری مربوط به خودش سیم کشی شده وبا اطمینان در شیار (RACK) نصب شده است این بزرگترینسیستم اتصالبین تجهیزات و PLC می باشد در PLC های کوچکتر رک وسیستم(O/I) به عنوان یک واحد بسته بندی شد ه اند

 

جزئیات بیشتری در بارهء سیستم ورودی و خروجی (O/I)

همهءآن وسایلی که به PLC متصل میشود را می توان در دو طبقهءورودیها و خروجیها مرتب کرد .

ورودیها وسایلی هستند ازجمله منبع تغذیه و سیگنال ورودی PLC اساسا" وسیله ورودی به PLC آن را از اتفاقات خارج از آنجا باخبر می کند . که شما نیاز به بررسی برنامه کنترل دارید .

خروجیها وسایلی هستند برای نمایش سیگنال ورودی از PLC وکنترل ساختار آن می باشند . لامپها – آژیرها –موتورها و لولها نمونه های خوبی از وسی له های خروجی می باشند

این وسیله ها می توانند در حالتی با قی بمانند تا زمانی که PLC به آنها بگوید شما نیاز به روشن شدن دارید یا برای شما بهتر است که لوله ها را باز کنید  دستگاههای ورودی وخروجی دونوع می باشند

1) گسسته

2) پیوسته

دستگاههای گسسته (discrete) ورودی وخروجی دو قسمت دارند on,off سیگنالهای ساده را دریافت وارسال می کند از یک PLC. این سیگنالها شامل صفر و یک می باشد که یک به معنی on ,  وصفر به معنی off می باشد .

دستگاههای پیوسته (analog)ورودی وخروجی که می توانند از نظر عددی بی نهایت باشند این ابزار نمی توانند فقط روشن و یا خاموش باشند .اما اونها می توانند تقریبا" روشن ویا این وسیله ها کاملا"خاموش شوند .

      این ابزارها شامل سیگنالهای متفاوتی می باشند و شامل فقط صفر ویک نمی با شند .  زیرا وسیله های ورودی وخروجی مختلف سیگنالهای متفاوتی را میفرستند آنها بعضی اوقات به سختی با plc ارتباط بر قرار می کنند .

                                               

توضیحی دربارهء ساختار PROFIBUS :

PROFIBUS در واقع یک کانال مشترک ارتباطی برای برقراری ارتباط واتصال قسمتهای مختلف یک کارخانه می باشد

از PROFIBUS برای اتصال وسایلی که در FIELD به کار رفته اند در سیستمهای اتوماسیون مانند 7SIMATIC S یا PC ها استفاده میشود .

PROFZBUS با استاندارد 50170 EN  / 61158 IEC  کار می کند .که این استاندارد امکان اتصال راحت و قدرتمند شبکه ها واجزاء شبکه را با یکدیگر فراهم می کند .

از PA /DP  PROFIBUS  هنگامی استفاده می شود که SENSOR ها و ACTUATOR ها در سطح یک کار خانه یا یک ماشین پخش شده باشند .

روش کار به این ترتیب است که اجزایی که به FIELD متصل شده براساس قوانین مربوط به SLAVE/MASTER  اطلاعات خروجی را به دستگاه کنترلی ارسال می کنند . که این اطلاعات خروجی در واقع ورودی ابزارهای کنترلی می باشد .

پروتکل های مختلف برای ارتباطات  FIELD :

PROFIBUS در حالت کلی به دو قسمت عمده تقسیم می شود :

1) O/I DISTRIBIUTED) DP  PROFIBUS ): برای اتصال ابزارهای FIELD که به صورت پراکنده پخش شده اند       

2) AUTOMATION-PROCESS )PA PROFIBUS : PA PROFIBUS) در واقع همان PROFIBUS است . که در آن امکانات پیشرفتهای برای SAFE DATA-FAIL (ایمنی اطلاعات در مقابل از بین رفتن وامکان باز یابی سیستم به حالت پایدار ) وهمچنین انتقال توان به اضافه شده است .

 انتقال اطلاعات (عرضی )LATERALدر DP  PROFIBUS

به وسیله (COMMUNICATION DATA LATERAL) ارتباطات بسیار سریعتر وآسانتر شده است در این روش هم مانند گذشته MASTER (MASTER در واقع مدیریت و هماهنگی را در یک شبکه مانند PROFIBUS بر عهده دارد ) پیغامی که شامل SET VALVES می باشد را به اولین SLAVE (SLAVE در واقعقدرت مدیریت در شبکه را ندارد و فقط در حد در خواستهایی که MASTER از آن می کند د رشبکه فعالیت میکند از این نمونه می توان یکACTUATOR یا SENSOR مثال زد )می فرستد    

SLAVE در جواب MASTER  در جواب پیغامی مقادیر واقعی خود را (VALVES ACTUAL )را در سطح شبکه پخش می کند به صورتیکه توسط تمام ایستگاهها قابل دریافت باشد .

دریافت کنندگان این پیغام ها معمولا"دستگاههای هوشمندی هستند که پردازنده های مخصوص به خود را دارند .

(مانند  PLC هایی که در سطح کارخانه پخش شده اند ) این روش از COMMUNICATION  DATA   LATERAL) دیگر احتیاج به پیغام اضافی ندارد .

در دستگاههای کنترلی حلقه بسته (LOOP-CLOSE) یا کنترل کنندههای حرکت وموقعیت دقت و زمان بازگشت دوباره اهمیت بسیاری دارد . (زمان بازگشت دوباره (time –cycle )در واقع زمانی است که پس از هر بار دسترسی به SLAVE و فرستادن اطلاعات به آن یا دریافت اطلاعات از آن SLAVE باید صفر کند تا بار دیگر نوبت به آن برسد .) در این نوع از دستگاههای کنترلی هر اختلاف کوچکی می تواند منجر به ناپایدار شدن سیستم بشود .

DP PROFIBUS

 امکان در دو نوع از انتقال اطلاعات به صورت CYCLIC –NON ,CYCLIC  را دارا می باشد .  به این طریق می توانیم اطلاعات مربوط به CONTROL-EVENT  رابه SLAVE بفرستیم و آن را به صورت دینامیکی در طول پروسه مقدار دهی کنیم.
مسآلهءمهم دیگر در PROFIBUS   OPNESS آن است به این مفهوم که از استاندارد 5070 EN/ 61158 IEC استفاده می کند که چون یک استاندارد جهانی است ابزارهای مختلفی توسط شرکتها و سازندگان مختلف بر اساس این استاندارد کار می کنند و می توان آنها را در شبکه به کار گرفت بدین ترتیب امکان این را داریم که در شبکه از محصولات شرکتهای مختلف استفاده کنیم و همچنین ابزارهایی که جدیدتر ساخته می شوند را نیز می‌توانیم در کنار قدیمی تر ها استفاده کنیم .

اگر این خاصیت opennss وجود نداشت مجبور بودیم تنها از محصولات همان شرکت خاص استفاده بکنیم .

پس از معرفی کلی PROFIBUS به معرفی  ساختارهای شبکه و مقایسهءآن با PROFIBUS می پردازیم :

در یک شبکه خوب ما نیاز به یک ارتباط ساده و ایمن داریم که شرایط زیر را داشته باشد :

 

-         استفاده از ابزارهای مختلف شبکه بدون نیاز به برنامه نویسی و نصب و راه اندازی های وقت گیر

-         امکان تغییر واصلاح شبکه به صورت انعطاف پذیر که کل شبکه تحت تاثیر قرار نگیرد .

-         بالا ترین میزان ممکن اطمینان از سالم جابه جا شدن اطلاعات .

-    برنامه ریزیهای بلند مدت برای استفاده از دستگاههای مختلف (دستگاههایی که امروز استفاده میکنیم

باید قابلیت برقراری ارتباط با دستگاههای

-  OPEN COMMUNICATION : همانطور که در قبل گفته شداین امکان که شبکه بتواند با وسایل تولیدکنندگان مختلف بسیار مهم است به چنین شبکهایی HETEROGENEOUS   NETWORK گفته می شود ودر مقابل نیز NETWORK   HOMOGENEOUS داریم .

 

شبکه در استاندارد  OSI/ISO  :

موءسسه جهانی استاندارد یک MODEL  مرجع برای ارتباط بین شبکه های مختلف HETEROGENEOUS تعریف کرده است که راهنمایی برای سازندگان مختلف باشد . این استاندارد در 7 لایهء مختلف ووظایف مختلف تعریف شده است که سازندگان محصولات مختلف شبکه از این لایه ها ووظایف آن پیروی  می کنند

SIMATIC NET یک سیستم ارتباطی HETEROGENEOUS , OPEN است که برای سطوح مختلف کارخانه با کارایی های متفاوت و کار برد های مختلف می توان از آن استفاده کرد .

SIMATIC  NET  همچنین بر اساس استاندارد OSI/ ISO  ساخته شده است .

SIMATIC  NET  برای نیاز های متفاوت شبکه های زیر را فراهم کرده است .

1)ETHERNET  INDUSTRIAL برای سطوح مدیریت بر اساس استاندارد  802.3 IEEE (ETHERNET)

2)  PROFIBUS :برای ارتباط در سطوح FIELD

3)INTERFACE-AS :برای ارتباط بین شبکه و ACTUATOR,   ها و SENSOR ها .

مختلف استفاده کنیم و همچنین ابزارهایی که جدیدتر ساخته می شوند را نیز می‌توانیم در کنار قدیمی تر ها استفاده کنیم .

اگر این خاصیت opennss وجود نداشت مجبور بودیم تنها از محصولات همان شرکت خاص استفاده بکنیم .

 

پس از معرفی کلی PROFIBUS به معرفی  ساختارهای شبکه و مقایسهءآن با PROFIBUS می پردازیم :

در یک شبکه خوب ما نیاز به یک ارتباط ساده و ایمن داریم که شرایط زیر را داشته باشد :

 

-         استفاده از ابزارهای مختلف شبکه بدون نیاز به برنامه نویسی و نصب و راه اندازی های وقت گیر

-         امکان تغییر واصلاح شبکه به صورت انعطاف پذیر که کل شبکه تحت تاثیر قرار نگیرد .

-         بالا ترین میزان ممکن اطمینان از سالم جابه جا شدن اطلاعات .

-    برنامه ریزیهای بلند مدت برای استفاده از دستگاههای مختلف (دستگاههایی که امروز استفاده میکنیم

باید قابلیت برقراری ارتباط با دستگاههای

-  OPEN COMMUNICATION : همانطور که در قبل گفته شداین امکان که شبکه بتواند با وسایل تولیدکنندگان مختلف بسیار مهم است به چنین شبکهایی HETEROGENEOUS   NETWORK گفته می شود ودر مقابل نیز NETWORK   HOMOGENEOUS داریم .

 

شبکه در استاندارد  OSI/ISO  :

موءسسه جهانی استاندارد یک MODEL  مرجع برای ارتباط بین شبکه های مختلف HETEROGENEOUS تعریف کرده است که راهنمایی برای سازندگان مختلف باشد . این استاندارد در 7 لایهء مختلف ووظایف مختلف تعریف شده است که سازندگان محصولات مختلف شبکه از این لایه ها ووظایف آن پیروی  می کنند

SIMATIC NET یک سیستم ارتباطی HETEROGENEOUS , OPEN است که برای سطوح مختلف کارخانه با کارایی های متفاوت و کار برد های مختلف می توان از آن استفاده کرد .

SIMATIC  NET  همچنین بر اساس استاندارد OSI/ ISO  ساخته شده است .

SIMATIC  NET  برای نیاز های متفاوت شبکه های زیر را فراهم کرده است .

1)ETHERNET  INDUSTRIAL برای سطوح مدیریت بر اساس استاندارد  802.3 IEEE (ETHERNET)

2)  PROFIBUS :برای ارتباط در سطوح FIELD

3)INTERFACE-AS :برای ارتباط بین شبکه و ACTUATOR,   ها و SENSOR ها .

-         سرویسهایی پی د رپی مانند جابجایی لیست مربوط به ارتباطات وروابط شبکه را به صورت خود کار انجام می دهد .

-         DATA های مربوط به متغیرها را به صورت خود کار به شکل قابل فهم برای CPU محلی تبدیل می کند

-         امکان عیب یابی را با استفاده از توابع رد گیردرست شده در داخل خودش فراهم می کند .

-         با INTERFACE های بقیهء نرم افزارها هماهنگی دارد .

-         بقیهء برنامه ها مانند Cیا PASCAL هم می توانند از این INTERFACE  استفاده بکنند .

-         DP  PROTOCOL :

برای O/I های پخش به کاربرده می شود . DP مخفف DISTRIOUTED PERIPHERIAL می باشد

این پروتکل رافراهم میکند که تعداد زیادی O/I به صورت پخش در شبکه به کار رود و مانند این باشد که همهء آنها در نزدیکی پردازندهگذاشته شده اند . بدون اینکه مشکلی پیش آید .

استفاده از DP برای شبکه کردن باعث صرفه جویی قابل توجهی در سیم کشی می شود . نسبت به تکنولوژی قبلی که از سیم کشی مستقیم استفاده می شد .

فاصله های زیاد توسط PROFIBUS  بسیار کوتاه می شوند به این ترتیب که هر ایستگاه محلی اطلاعات را جمع آوری می کند واین اطلاعات جمع آوری شده توسط کنترل کنندهء مرکزی جمع آوری می شود .

کنترل کنندهء مرکزی اطلاعات را به سایر ایستگاههای O/I به صورت دوره ای می فرستد .

پروتکل DP برای کار بردهایی که در آنها زمان بسیار حیاتی است طراحی کرده اند .

استفاده از یک پروتکل ارتباطی سریع وبهینه شده  به معنی سرعت زیاد در انتقال است واستفادهاز ساختار SLAVE-MASTER باعث کوتاهترشدن دوره های گردشی (CYCLE  TIME)  شده است .

پروتکل DP به عنوان یک استاندارد جهانی در زمینه FIELD  شناخته می شود ( 50170  EN  PROFIBUS) پروژه های بسیاری از طرف سازندگان بزگ وسایل وتجهیزات  اتوماسیون در زمینه ساخت دستگاههای FIELD منطبق بر این استاندارد در دست است .

ویژگیهای اصلی DP  PROTOCOL :

-         کنترل مرکزی توسط یک MASTER

-         جابهجایی  DATA با حجم بالا با استفاده از پروتکل ساده ارتباطی

-         اتصالات آسان وارزان درشبکه

-         امکان انتقال اطلاعات هم از طریق (485RS) PAIR- TWISTED وهم از طریق فیبر نوری

-         تشخیص خطا با استفاده از دستگاههای تشخیص دهندهء LINE-ON (همواره متصل ) چون بر اساس استاندارد 50170 EN ساخته شده است امکان کار کردن به صورت موازی با دستگاههای FMS  رابرروی یک BUS به صورت (SLAVE& MASTER) دارد

این سیستم توسط یک کامپیوتر با PROFIBUS  COMMUNICATION  PROCESSOR که در آن نصب شده است کار می کند .

تعریف MASTER ,SLAVE   

استاندارد  50170 EN ;I که PROFIBUS  بر اساس آن کار می کند دو کلاس مختلف از ایستگاهها را تعریف می کند .

-         ایستگاههای  PASSIVE

-         ایستگاههای  ACTIVE

در یک سیستم که با O/I های پخش کار می کند دستگاههای O/I ایستگاههای PASSIVE هستند وبا نام SLAVES-DP  شناخخته می شوند . SLAVE-DP  ها در شبکه توسط یک ایستگاههای MASTER  DP_MASTER گفته می شود .

DP  PROGRAMMING   INTERFACE  :

DP  PROGRAMMING I    INTERFACE  این امکان را فراهم می کند که PROFIBUS  CP  را در یک PC/PG به عنوان یک DP  MASTER کلاس را تعریف کنیم .

PC  که در ارتباط دو طرفه با PROFIBUS   CP  است جابه جا شدن اطلاعات در O/I های پخش را نظارت و کنترل می کند . وهمچنین وظایف مربوط به DP   MASTER  مرکزی را نیز انجام می دهد که شامل موارد زیر است .

-         راه اندازی اولیهء یک DP سیستم

-          اختصاص دادن پارامترها و تنظیمات اولیهء DP_SLAVE ها

-         جابه جا یی DATA به صورت گردشی (CYCLIC  DATA  TRANSFER) به DP  SLAVEها

-         MONITOR کردن DP_SLAVE ها

-         آماده کردن اطلاعات تشخیص خطا

 

FDL PROTOCOL :

این پروتکل برای ارتباط بین اجزاء یک PROFIBUS که با استاندارد 50170 EN  PROFIBUS  کار می کنند ساخته شده است در این ساختار CP می تواند به عنوان MASTER  عمل کند .

APPLICATION  را برای FDL می توان توسط زبان برنامه نویسی C++/C  نوشت این برنامه می تواند

تحت MS  DOS  یا X.3  WINDOWS  MS  یا 95 WINDOWS MS یا NT  WINDOWSیا  UNIX  باشد .

از این طریق FDL یک ارتباط بین دو سطح مدیریت و تولید ایجاد میکنیم که به وسیله آن میتوانیم در سطح مدیریت تنظیمات محلی را انجام دهیم . FDL لایهء دوم از استاندارد 7 لایه ای OSI/ISO است .

پروتکل های چند گانه .

 با استفاده از این امکان شما می توانید همزمان بیش از یک پروتکل پروسس کنید (به عنوان مثال DP, FMS )

این دو مفهوم است .یکی اینکه شما با یک APPLHCATION می توانید بیش از یک پروتکل داشته باشید و هم اینکه عمل کردن موازی بیش از یک APPLICATION یا پروتکل های مختلف (در واقع یعنی یک APPLICATION برای چند پروتکل وچند APPLICATION برای یک پروتکل) این امکان ممکن است با توجه به استفاده از بعضی از انواع CP ها محدود شود . که باید این مورد را دراطلاعات مربوط به کاتالوگ مشاهده کنید .

قسمتی از فعالیتی که در زمینهء PLC در شرکت قدس نیرو انجام دادم مربوط به پروژه ای بود که در نیروگاه نکا یک طرح کنترلی شامل PLC را پیاده کرده بودند .

این طرح به صورت قرار دادی با شرکت ATLAS   COPCO  انجام شده بود و مدارک مربوط به آن دو شرکت قدس نیرو موجود بود که به بررسی آنها پرداختم .

 در طرح پیشنهادی از طرف ATLAS   COPCO  از خانواده ء 400_ 7Sاستفاده شده بود که  موارد مربوط به اطلاعات فنی آن در ادامه آمده است .

همراه با نقشه ای که ATLAS  COPCO داده بود کاتالوگ های مربوط به هر یک از اجزاء به کار رفته در این پروژه را نیز داده است .

PLC در محفظه ای قرار می گیرد که اصطلاحا" به آن RACK گفته می شود . و MODULE های مختلف  پی ال سی در داخل RACK قرار می گیرند .

SLOT اول RACK که در شکل به صورت 11A7 نشان داده شدهاست اختصاص به POWER  SUPPLY  دارد وغیر از MODULE مربوط به POWER  SUPPLY  ]چیز دیگری را نمی توان در آن قرار داد .

در این پروژه از قطعه ای با نام 407  7ES6  که مشخصات آن را در ادامه به صورت کاتالوگ آورده ام .

از این منبع تغذیه برای تغذیه کردن ابزارهای مختلفی که در rack وجود دارد استفاده می شود .  

از MODULE های اصلی دیگری که در این PLC از آن استفاده شده است . CPU است که از نوع DP 2- 414 استفاده کرده است .

CPU را معمولا" در RACK دوم یا سوم قرار می دهند . توضیحات و قسمتی از کاتالوگ مربوط به CPU را هم در اولیه آورده ام .

سایر MODULE ها مربوط به OUT PUT /INPUT  می با شند که با توجه به اینکه مشخصهء مهمی در آنها وجود ندارد و انتخاب کردن آن ساده است توضیح اضافه تری در مورد آنها نمی نویسم .

همچنین در شکل قسمتهایی را مشاهده می کنید که آنها را به صورت SPARE  نشان داده است ودر واقع برای این است که اگر خواستیم  MODULE به RACK  اضافه کنیم یا در صورت ایراد پیدا کردن MODULE های موجود جای کافی را داشته باشیم .