فنی مهندسی

پنج زبان فوق زبان های استاندارد و شناخته شده PLC ها هستند و كمپانی های سازنده سخت افزار و نرم افزار PLCها با وجود اختلاف های جزیی كه ممكن است در نام یا ظاهر نرم افزار هایشان با نمونه های اصلی و جود داشته باشد، همگی بر اساس همین روشهای استاندارد شده حركت می كنند.

زبان SFC:

در این محیط نیز مانند دیگر محیط های برنامه نویسی،ابزار هایی وجود دارند كه در ابتدا باید با آنها آشنا شد، مهمترین ابزارهای موجود Transition,Initialstep,Step است.

هر Step معرف مرحله ای از روتین كنترلی است كه در آن اتفاقاتی، براساس تعاریف نویسنده برنامه، به وقوع خواهد پیوست، هر step بایك مربع نشان داده می شود وشماره ای كه معرف مرحله ای خاص از برنامه است داخل آن نوشته می شود.

تعریف عملیات آن مرحله نیز در درون یك مستطیل نوشته می شود كه به مربع اصلی متصل شده و هر دوی اینها معرف یك مرحله از برنامه هستند.

در هر زمان و هر سیكل اسكن برنامه،step مربوط به آن فعال خواهد شد، برای نشان دادن step های فعال و غیر فعال از یك دایره كوچك استفاده می شود كه درون مربع اصلی

:نمایش step فعال و غیر فعال

Step قرار می گیرد و در زمان اجرای برنامه مشخص می كند كه كدام step فعال و كدام غیر فعال است.

بدیهی است كه دستورات مربوط به step فعال در همان لحظه در حال اجرا شدن است و step غیر فعال، كاری انجام نمی دهد.برای نشان دادن وضعیت ابتدایی و در شروع برنامه SFC می بایست از یك Initial step استفاده كنیم كه نشان دهنده شروع و مرحله آغاز برنامه است ، نماد گرافیكی step Initial یك مربع دو خطی است.

بدیهی است كه هر برنامه SFC باید فقط دارای یك Initial step باشد كه با شروع اجرای،به شكل فعال در خواهد آمد. شكل3-4: Initial step در شروع برنامه

مورد بعدی كه باید در مورد آن صحبت شود Transition است كه بصورت یك خط افقی مسیر ارتباطی بین دو step را قطع می كند. شماره مربوط آن در گوشه پایین و سمت راست آن نوشته می شودو توضیحات لازم را در قسمت راست می نویسندمانند

لازم بذكر است كه قسمت توضیحات یك بخش آزاد و مجزا است و به هیچ عنوان قسمتی از برنامه محسوب نمی شود و تنها جنبه توضیح برای درك بهتر را دارد.

توابع كنترل پیوسته در PLC ها

در یك 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 كنترل بستگی به سرعت و قابلیت PLC در انجام عملیات ریاضی دارد. دریك فرایند كنترلی ممكن است جملات تناسبی ،انتگرال و مشتق وجود داشته باشند. به عنوان مثال با انجام عملیات زیر، كنترل با جمله تناسبی انجام می شود :

1.مقدار ورودی سنسور را بخوان، مقدار اندازه گیری شده (MV)را با مقدار (SP) مقایسه كن و مقدار خطا (E)را به دست آور. E=SP-MV

2.خطا را در یك ضریب ثابت(بهره سیستم)KP ضرب كن.

3.نتیجه را به مبدل D/A ارسال كن و به مرحله 1 برگرد.

البته در یك كنترل پیوسته برای بهبود پارامترهایی نظیر سرعت پاسخ، نوسان و خطاهای ماندگار لازم است از جملات مشتق و انتگرال نیز استفاده شود. در PLCهایی كه امكان كنترل PID را دارند، معمولاالگوریتم كنترل در حافظه PLCوجود دارد و كاربر تنها ظرایب ورودی / خروجی را معین می كند. این الگوریتمها ممكن است به صورت زیر برنامه هایی باشند كه در برنامه اصلی فراخوانی شوند.البته پیاده سازی كنترل PID با نرم افزار زمان زیادی را می گیرد و سیكل اجرای برنامه را طولانی می كند. در مواقعی كه طولانی شدن سیكل اجرای برنامه در روند كنترل اخلال ایجاد كند، كنترل PIDبه صورت سخت افزاری انجام می شود.

ماژولهای PID

با توجه به اینكه پیاده سازی نرم افزاری زمان زیادی می گیرد، سازنده های PLC ماژولهایی را می سازند تا كنترل PID را به صورت سخت افزاری انجام دهند. این ماژول ها ، ورودی/ خروجی آنالوگ دارند و یك پردازنده مستقل در آنها وجود دارد كه عملیات ریاضی را انجام می دهد.این پردازنده موازی با پردازنده اصلی عمل می كند و انجام كلیه محاسبات PID را به عهده دارد، تنها لازم است پردازنده اصلی پارامترهای كنترلی را به این ماژول ارسال كند. ماژول PID پس از هرسیكل اجرای فرایند كنترل، اطلاعات وضعیت خود را در رجیستر هایی از فضای I/O قرار می دهد و پردازنده اصلی می تواند آنها را خوانده و از عملكرد آن ماژول مطلع شود.

علاوه بر عملیات متداول در امر كنترل، 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 كار دارند. به عنوان نمونه PLC سری GEM 80 از شركت GEM تابعی دارد كه یكنواخت سازی نمایی (مرتبه اول) روی ورودی انجام می دهد.ثابت زمانی این تابع كه ANALAG(ANALOG LAG) نام دارد قابل برنامه ریزی است، البته استفاده از این تابع اختیاری است.

برنامه ریزی ماژولهای PID

برنامه ریزی یك ماژول PID بستگی به نوع PLC دارد و ممكن است به استفاده از دیاگرام نردبانی یا واحد های برنامه ریزی خاص انجام شود. در دیاگرام نردبانی حلقه PID مانند یك تابع خاص تلقی می شود كه پارامترهای آن را كاربر تعیین می كند، همانند یك تایمر كه زمان آنرا كاربر به آن وارد می نماید.

پانلهای برنامه ریزی خاص معمولا منویی دارند كه پارامتر های لازم را از كاربر می پرسد. پارامترهایی را كه می توان انتخاب كرد عبارتند از : كنترل یك،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 كه داده ها و اطلاعات وضعیت خود را در آن ذخیره می كنند.پردازنده اصلی به این داده ها دسترسی دارد و از آنها استفاده می كند.

كاربرد ماژولهای PID

الگوریتمهای كنترلی كه در همه PLCها وجود دارد برای بیشتر كاربردها، كارایی و سرعت كافی را دارد، مثلا برای كنترل سرعت ، تنظیم فشارهیدرولیك، كنترل دما، مدیریت انرژی و غیره .

در بسیاری از فرایندهای كنترلی لازم است به تعداد زیادی ورودی /خروجی رسیدگی شود، معمولا در یك حلقه كنترلی با تغییر پارامترهای لازم و بررسی كل فرایند ، پارامترهای مطلوب جهت كنترل صحیح فرایند به دست می آید.

ارتباط در PLC ها

نیاز مبادله اطلاعات بین PLC ها و سایر تجهیزات در یك كارخانه خودكار ، سبب شده است كه امكانات ارتباطی روی همه كنترل كننده ها نصب شود در PLC های كوچك 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 یك كامپیو تر) تا برای بررسی كارایی فرایند و مدیریت اطاعت استفاده شوند.

• ارسال پارامترهای لازم از طریق اپراتور یا كنترل كننده ناظر به PLC ها

• تغییر برنامه PLCها از طریق كنترل كننده ناظر

• تغییر وضعیت نقاط I/O از طریق یك ترمینال راه دور

• اتصال PLC در یك سلسله مراتب كنترلی كه در آن PLC های متعددی وجو دارد.

: یك 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:

هنگامیكه تعداد زیادی ورودی /خروجی در فاصله ای دوروجود دارد،اتصال مستقیم آنها به PLC نیاز به اتصالات زیادی دارد كه مقرون به صرفه نیست،دراین مواقع یك واحدI/O در مكان لازم نصب می شودوبایك 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 كند. باتوجه به اینكه واحد I/O تا PLCممكن است به چند هزار متر برسد،صرفه جویی زیادی در هزینه ها می شود. در سیستمهای بزرگ ممكن است چندین PLC وجودداشته باشد كه همگی تحت نظارت یك PLC اصلی عمل می كنند.معمولا برنامه كنترلی 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 كنترل صنعتی به فرستادن سیگنال از جانب یك مركز كنترل به مركز فرماندهی خلاصه می شد، اما امروزه تمام كنترل كننده های كوچك و بزرگ (PLCs) در هر نقطه ای از فیلد كه باشند باید با یكدیگر و در نهایت بامركزكنترل مربوط به خود ارتباط بر قرار كنند و همین امر باعث پیچیده شدن هرچه بیشتر سیستمهای ارتباطی خواهد شد.

PLCها امروزه طوری طراحی و سا خته می شوند كه بجز وظیفه اصلی و مهم خود كه همان اجرای فرامین كنترلی تعریف شده و كنترل اتو ماتیك یك پروسه صنعتی است، بتوانند موارد مهم دیگری از قبیل برقراری ارتباط با مركز كنترل و دیگر كنترل كننده 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 یك سیستم PLC كه در محل خط تولید قرار دارد و توسط ترمینال مخصوص شبكه محلیLAN(Local area network) به ماشینهای مركز كنترل كه در محل اتاق كنترل كار خانه قرار دارند،متصل كنیم و از همانجا ، PLCرا كنترل كنیم.

مثلا می توانیم بهPLC فرمان دهیم تا رو تین كنترلی مربوط به تولید قطعه ای خاص را اجرا كرده ، فرامین آنرا صادر كندو همچنین بر روند كل پروسه نظارت كامل داشته باشد.

سپس نفر بعدی كه در شیفت بعدی فعالیت می كند ، می تواند یك گزارش كامل از چگونگی كنترل پروسه توسطPLCمورد نظر را تهیه كرده و از روی آن تعداد قطعات سالم و خراب و حتی زمانهای از دست رفته و تلف شده در حین تولید را محاسبه كند.

مركز تعمیرات كارخانه نیز می تواند با استفاده از روشهای ارتباطی و مخابراتی ، از بروز اشكال در هریك از ماشینهای كار خانه اطلاع حاصل كرده و پرسنل تعمیر كاری را جهت رفع اشكال اعزام دارد، مركز تعمیرات حتی می تواند با اطلاع داشتن از وضعیت كلیه ماشینهای خراب، اولویت تعمیر را به هر كدام از آنها واگذار كند.

برای درك بهتر مطلب شكل1-1 را كه بلوك دیاگرام معماری شبكه ارتباطی را در بخشی از كارخانه نشان می دهد ، ببینید.