اصول و نحوه طراحی یك سیستم كنترلی با استفاده از یك PLC

اتوماسیون صنعتی

با توجه به پیشرفت بسیار سریع تكنولوژی و وجود رقابت‌های شدید در بین صنعتگران دو مقولة دقت و زمان در انجام كارهای تولیدی و خدماتی بسیار مهم و سرنوشت ساز شده است. دیگر سیستم‌های قدیمی جوابگوی نیازهای صنعت توسعه یافتة امروز نبوده و بكار بردن سیستمهایی كه با دخالت مستقیم نیروی انسانی عمل می كنند، امری نامعقول می‌نمود. چرا كه در این موارد دقت و سرعت عمل سیستم بسیار پایین و وابسته به نیروی كاربر است. بنابراین ماشین‌های هوشمند و نیمه‌هوشمند وارد بازار صنعت شدند. و بعد از مدتی آنچنان جای خود را پیدا كردند كه علاوه بر

زمینه‌های صنعتی در كارهای خدماتی نیز جایگاه ویژه‌ای یافتند. كنترل سیستم‌های بسیار پیچیده‌ای كه قبلاً غیرممكن بود براحتی انجام می‌گرفت . مكانیزه كردن سیستم‌ها و ماشین آلات (اتوماسیون صنعتی ) مقوله بسیار مهم و پرطرفداری شده و نیاز به آن هر روز بیشتر و بیشتر مشهود می‌شود . اتوماسیون صنعتی در زمینه‌های بسیار گسترده‌ای كاربرد دارد از مكانیزه كردن یك ماشین بسیار سادة كنترل سطح گرفته تا مكانیزه نمودن چندین خط تولید و شبكه كردن آنها با هم . با نگاهی به محیط اطراف‌مان می‌توانیم نمونه‌های بسیار زیادی از كاربرد اتوماسیون ا را در اغلب زمینه‌ها پیدا كنیم.. در اتوماسیون واحدهای مسكونی جدید ، در شبكه‌های مخابراتی ، در سیستم‌های دفع فاضلاب ، سیستم توزیع برق ، كارخانجات مختلف و …
در یك سیستم اتوماسیون شده كنترل پروسه توسط ماشین انجام می‌شود و در این سیستمها دخالت انسان به حداقل و در برخی موارد به صفر رسیده است. سیستم با گرفتن سیگنالهای ورودی از قطعاتی نظیر سنسورهای تشخیص فشار ، رنگ ، سطح مایعات ، قطعات فلزی ، سنسورهای دما ، ميكرو سوييچ‌ها ، كلیدها و شستی‌ها ، واسط ‌های كاربر با ماشین و… وضعیت موجود را حس كرده و بررسی می‌كند و سپس در مورد عكس‌العمل ماشین تصمیم‌گیری كرده و فرمانهای لازمه را به قطعات خروجی كه تحت كنترل ماشین هستند اعمال می‌كند. با توجه به مواردی كه ذكر شد می‌توان ساختار یك سیستم اتوماسیون را بدین صورت لیست نمود:
قطعات ورودی شامل سنسورها ، سوییچ‌ها ، …

قطعات خروجی مثل موتور ، پمپ ، شیربرقی ، نشانگرها …
یك كنترلر داخلی با CPU برای پردازش داده‌ها و اجرای برنامة كنترلی سیستم و حافظه برای ذخیره نمودن برنامة كنترلی و اطلاعات دریافتی از قطعات ورودی
یك واسط بین كاربر و ماشین Human Machine Interface ( در مواردی كه نیاز به انجام تنظیمات توسط كاربر داریم و یا می‌خواهیم یكسری اطلاعات و آلارم‌ها را به‌ اطلاع كاربر برسانیم .)

 

توجه داشته باشید با بالا بردن سرعت و دقت كنترلر مورد استفاده در سیستم اتوماسیون شده و انتخاب درست ٱن بر طبق كاربردی كه از آن انتظار داریم می‌توانیم امكانات و قابلیت‌های سیستم را بالاتر ببریم . بعنوان مثال در یك سیستم سادة كنترل سطح مخزن سرعت پاسخ‌گویی سیستم در حد چند ثانیه هم برای این كار كافی خواهد بود. اما در سیستم‌های پیچیدة موقعیت‌یاب یا پرد

ازش تصویر به سیستم‌های بسیار سریعتر و دقیقتر احتیاج داریم و سرعت پاسخگویی در حد میكرو ثانیه برای ما لازم است.
بعنوان مثال در مواردی كه نیاز به كنترل در یك محیط نامساعد داریم و استفاده از نیروی انسانی بسیار مشكل و یا غیرممكن است چه‌كار باید كرد. در محیط‌هایی با شرایط آب و هوایی بسیار بد و با مناطق جغرافیایی صعب‌العبور و یا در محیط‌هایی كه آلودگی صوتی و یا آلودگی‌های شدید تنفسی دارند …
در این موارد ایمن‌ترین و با صرفه‌ترین گزینه اتوماسیون كردن سیستم‌ها و استفاده از ماشین‌ بجای انسان است. اجرای كامل سیكل كنترلی ، گرفتن گزارشات لازم در حین انجام عملیات كنترلی ، قابلیت تغییر سیكل كاری و تعریف نمودن پارامترهای كنترلی ، امكان انجام كنترل دستی در موارد اضطراری و….
حال به مثال دیگری می‌پردازیم. حساب كنید در یك سیستم بسیار سادة بسته‌بندی محصولات غذایی برای بسته‌بندی هزار كیلو شكر در بسته‌های یك كیلویی به چند نفر و چقدر زمان احتیاج داریم. چند نفر برای وزن كردن محصول ، چند نفر برای آماده‌سازی پكت ها ، چند نفر برای پركردن پكت ها و بسته‌بندی آن ، زدن تاریخ مصرف و … در این گونه سیستم‌ها مشكلات زیادی وجود دارد كه به برخی از آنها در زیر اشاره شده است:
نقش PLC در اتوماسيون صنعتي

مقدمه
امروزه در بین كشورهای صنعتی ، رقابت فشرده و شدیدی در ارائه راهكارهایی برای كنترل بهتر فرآیندهای تولید ، وجود دارد كه مدیران و مسئولان صنایع در این كشورها را بر آن داشته است تا تجهیزاتی مورد استفاده قرار دهند كه سرعت و دقت عمل بالایی داشته

باشند. بیشتر این تجهیزات شامل سیستم‌های استوار بر كنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (Programmable Logic Controller) هستند. در بعضی موارد كه لازم باشد می‌توان PLCها را با هم شبكه كرده و با یك كامپیوتر مركزی مدیریت نمود تا بتوان كار كنترل سیستم‌های بسیار پیچیده را نیز با سرعت و دقت بسیار بالا و بدون نقص انجام داد.

قابلیت‌هایی از قبیل توانایی خواندن انواع ورودی‌ها (دیجیتال ، آنالوگ ، فركانس بالا…) ، توانایی انتقال فرمان به سیستم‌ها و قطعات خروجی ( نظیر مانیتورهای صنعتی ، موتور، شیر‌برقی ، … ) و همچنین امكانات اتصال به شبكه ، ابعاد بسیار كوچك ، سرعت پاسخگویی بسیار بالا، ایمنی ، دقت و انعطاف پذیری زیاد این سیستم‌ها باعث شده كه بتوان كنترل سیستم‌ها را در محدوده وسیعی انجام داد.
مفهوم كنترلرهای قابل برنامه‌ریزی PLC
در سیستم‌های اتوماسیون وظیفه اصلی كنترل بر عهده PLC است كه با گرفتن اطلاعات از طریق ترمینالهای ورودی، وضعیت ماشین را حس كرده و نسبت به آن پاسخ مناسبی برای ماشین فراهم می‌كند. امكان تعریف مدهای مختلف برای ترمینالهای ورودی/خروجی یك PLC، این امكان را فراهم كرده تا بتوان PLC را مستقیما به المانهای دیگر وصل كرد. علاوه بر این PLC شامل یك واحد پردازشگر مركزی( CPU) نیز هست، كه برنامه كنترلی مورد نظر را اجرا می‌كند. این كنترلر آنقدر قدرتمند است كه می‌تواند هزارها I/O را در مدهای مختلف آنالوگ یا دیجیتال و همچنین هزارها تایمر/ كانتر را كنترل نماید. همین امر باعث شده بتوان هر سیستمی، از سیستم كنترل ماشین‌هایی با چند I/O كه كار ساده‌ای مثل تكرار یك سیكل كاری كوچك انجام می‌دهند گرفته تا سیستم‌های بسیار پیچیده تعیین موقعیت و مكان‌یابی را كنترل نمود. این سیستم می‌تواند بدون نیاز به سیم‌بندی و قطعات جانبی و فقط از طریق نوشتن چند خط برنامه تا صدها تایمر را در آن واحد كنترل و استفاده نماید.
زمان پاسخ‌گویی Scan Time
این زمان بستگی به سرعت پردازش CPU مدل انتخاب شده PLC و طول برنامه كاربر دارد. از یك میكرو‌ثانیه تا ده میلی ثانیه می‌باشد. مثلا در مواقعی كه I/O از سیستم اصلی دور باشد، چون مجبور به نقل و انتقال سیگنالها به سیستم دورتری هستیم در نتیجه زمان اسكن زیاد می‌شود. همچنین مانیتور كردن برنامه كنترلی اغلب به زمان اسكن می‌افزاید چرا كه CPU كنترلر مجبور است وضعیت كنتاكتها، رله‌ها ، تایمر‌ها و… را روی CRT یا هر وسیله نمایشگر دیگری بفرستد.
قطعات ورودی
هوشمند بودن سیستم اتوماسیون بیشتر مربوط به توانایی PLC در خواندن سیگنالهای ارسالی از انواع ورودی‌ها، دستی، اتوماتیك و حس‌گرهای خودكار می‌باشد. قطعات ورودي نظیر شستی‌های استارت/ استوپ ، سوییچ‌ها، میكرو‌سوییچ‌ها، سنسورهای فتوالكتریك، proximity ، level sensor ، ترموكوپل، PT100 و… PLC از این سنسورها برای انجام عملیاتی نظیر تشخیص قطعه روی نوار نقاله حامل قطعات، تشخیص رنگ، تشخیص سطح مایعات داخل مخزن، آگاهی داشتن از مكانیزم حركت و موقعیت جسم، تست كردن فشار مخازن و بسیاری موارد دیگر، استفاده می‌كند.
سیگنالهای ورودی یا دیجیتال هستند و یا آنالوگ، كه در هر صورت ورودی‌های PLC را توان در مدهای مختلف تنظیم و مورد استفاده قرار داد.
نقش كنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (PLC) در اتوماسیون صنعتی
در یك سیستم اتوماسیون، PLC بعنوان قلب سیستم كنترلی عمل می‌كند. هنگام اجرای یك برنامه كنترلی كه در حافظه آن ذخیره شده است، PLC همواره وضعیت سیستم را بررسی می‌كند. این كار را با گرفتن فیدبك از قطعات ورودی و سنسورها انجام می‌دهد. سپس این اطلاعات را به برنامه كنترلی خود منتقل می‌كند و نسبت به آن در مورد نحوه عملكرد ماشین تصمیم‌گیری می‌كند و در نهایت فرمانهای لازم را به قطعات و دستگاههای مربوطه ارسال می‌

كند.
مقایسه تابلوهای كنترل معمولی با تابلوهای كنترلی مبتنی بر PLC
امروزه تابلوهای كنترل معمولی ( رله‌ای ) خیلی كمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. چرا كه معایب زیادی دارند. از آنجا كه این نوع تابلوها با رله‌های الكترو‌مكانیكی كنترل می‌شوند، وزن بیشتری پیدا می‌كنند، سیم‌كشی تابلو كار بسیار زیادی می‌طلبد و سیستم را بسیار پییده می‌كند. در نتیجه عیب‌یابی و رفع مشكل آن بسیار پرزحمت بوده و برای اعمال تغییرات لازم در هر سال و یا بروز كردن سیستم بایستی ماشین را بمدت طولانی متوقف نمود كه این امر مقرون به صرفه نخواهد بود. ضمنا توان مصرفی این تابلوها بسیار زیاد است.
با بوجود آمدن PLC، مفهوم كنترل و طراحی سیستم‌های كنترلی بطور بسیار چشمگیری پیشرفت كرده است و استفاده از این كنترلر‌ها مزایای بسیار زیادی دارد. كه به برخی از این موارد در زیر اشاره كرده‌ایم. كه با مطالعه آن می‌توان به وجه تمایز PLC با سایر سیستم‌های كنترلی پی برد:
سیم بندی سیستم‌های جدید در مقایسه با سیستم‌های كنترل رله‌ای تا ۸۰٪ كاهش می‌یابد.
از آنجاییكه PLC توان بسیار كمی مصرف می‌كند، توان مصرفی بشدت كاهش پیدا خواهد كرد.
توابع عیب یاب داخلی سیستم PLC ، تشخیص و عیب‌یابی سیستم را بسیار سریع و راحت می‌كند.
برعكس سیستم‌های قدیمی در سیستم‌های كنترلی جدید اگر نیاز به تغییر در نحوه كنترل یا ترتیب مراحل آن داشته باشیم، بدون نیاز به تغییر سیم‌بندی و تنها با نوشتن چند خط برنامه این كار را انجام می‌دهیم. در نتیجه وقت و هزینه بسیار بسیار اندكی صرف انجام اینكار خواهد شد.
در مقایسه با تابلو‌های قدیمی در سیستم‌های مبتنی بر PLC نیاز به قطعات كمكی از قبیل رله ، كانتر، تایمر، مبدل‌های A/D و D/A و… بسیار كمتر شده است. همین امر نیز باعث شده در سیستم‌های جدید از سیم‌بندی، پیچیدگی و وزن تابلو‌ها به نحو چشمگیری كاسته شود.
از آنجاییكه سرعت عملكرد و پاسخ‌دهی PLC در حدود میكرو‌ثانیه و نهایتا میلی ثانیه است، لذا زمان لازم برای انجام هر سیكل كاری ماشین بطور قابل ملاحظه‌ای كاهش یافته و این امر باعث افزایش میزان تولید و بالا رفتن بازدهی دستگاه می‌شود.
ضریب اطمینان و درجه حفاظت این سیستم‌ها بسیار بالا تر از ماشین‌های رله‌ای است.
وقتی توابع كنترل پیچیده‌تر و تعداد I/O ها خیلی زیاد باشد، جایگزین كردن PLC بسیار كم ‌هزینه‌تر و راحت‌تر خواهد بود.
اصول و نحوه طراحی یك سیستم كنترلی با استفاده از یك PLC
مفهوم كنترل كردن یك پروسه، كاری بسیار ساده و آسان است و انجام اصولی موارد زیر را می‌طلبد:
مشخص كردن ترتیب كار ماشین
عملیات سیستم كنترلی توسط المانهای ورودی تعیین می‌شود، بسته به شرایط موجود یك سیگنال به PLC فرستاده می‌شود. در پاسخ، كنترلر بر طبق برنامه كنترلی كه در حافظه خود دارد سیگنالی به ترمینالهای خروجی، كه كار دستگاه را كنترل می‌كنند، می‌فرستد و به این ترتیب عمل كنترلی خواسته شده، انجام می‌شود. قبل از نوشتن برنامه باید فلوچارت ترتی

ب و توالی عملیات را رسم كنید.
انتخاب مدل PLC
با بررسی سیكل كاری پروسه‌ای كه می‌خواهیم كنترل كنیم، مشخص كردن تعداد و نوع Input/Output های سیستم و با توجه به دقت مورد نیاز، PLC مناسب را انتخاب می‌كنیم. در مورد انتخاب یك PLC بایستی مشخصه‌های زیر را تعیین كنیم:
تعداد ورودی‌ها
كنترل كننده هاي منطقي برنامه پذير (PLC)
كنترل كننده هاي منطقي برنامه پذير عبارتند از: يك سيستم الكترونيكي ديجيتال كه با استفاده از حافظه هاي برنامه پذير مي تواند دستورات مشخصي را ضبط نمايند. PLC به منظور پياده سازي دستورات و توابع مشخصي بر روي ماشينها و فرآيند هاي صنعتي استفاده مي شود. سيستم هاي PLC با توجه به نياز به كنترل كننده هاي ارزان قيمت و انعطاف پذير بوجود آمدند. درابتدا PLC ها به منظور جايگزيني كنترل كننده هاي رله اي طراحي و ساخته شدند . در PLC كنترل فرايندها با نوشتن برنامه هاي مناسب انجام مي گيرد. PLC ها مبتني بر ميكروپروسسور هستند و با داشتن اجزايي مانند زمان سنج، شمارندهو ثبات انتقالي كنترل فرايند هاي پيچيده را اسان مي سازند اين كنترل كننده ها مدارهاي واسطه استانداري دارند،‌(ورودي و خروجي) به طوري كه اتصال مستقيم آنها به فرايند توليد ميسر است با استفاده از PLC مي توان بدون جدا كردن كنترل كننده از فرايند ،‌برنامه كنترلي آن را تغيير دهد. نصب و راه اندازي سيستماهي PLC در مقايسه با كنترل كننده هاي رله اي به زمان بسيار كمتري نياز دارد. اختلاف اصلي PLC با يك ميكرو كامپيوتر عبارت است از:
در PLC برنامه هاي استفاده شده در فرآيندها و ماشين آلات بيشتر به صورت اجراي منطق مشخصي از يك سري فرامين كه به صورت قطع و وصل و سوئيچ مي باشد . مدارات ارتباطي با سنسورها و عملگرهاي سخت افزاري خارجي در داخل خود كنترل كننده و به صورت يكپارچه ساخته شده است. PLC به صورت كاملا صنعتي و قابل اطمينان جهت استفاده در محيطهاي صنعتي با شرايط محيطي داراي ارتعاش ، نويز، حرارت و رطوبت ساخته شده است.
مهمترين مزاياي استفاده از PLC :
ü استفاده از PLC حجم تابلوهاي فرمان را كاهش ميدهد.

ü استفاده از PLC مخصوصا در فرايندهاي پيچيده موجب صرفه جويي در وقت و هزينه مي گردد.
ü PLC استهلاك مكانيكي ندارد، بنابر اين علاوه بر طول عمر بيشتر نيازي به سرويس و تعميرات دوره اي ندارد.
ü مصرف انرِژي PLC بسيار كمتر از مدارهاي رله اي است.

ü PLC نويزهاي صوتي و الكتريكي ايجاد نمي كند.
ü عيب يابي مدارت كنترل و فرمان با PLC به سهولت انحام مي شود و معمولا PLC خود داراي برنامه عيب يابي مي باشد.
معمولا يك ولتاژ ۲۴ ولت از ورودي اصلي برق PLC ايجاد گرديده و براي اتصال الكتريكي ورودي ها استفاده مي شود . سويئچها يا سنسورهاي باينري خارجي مي تواند به ورودي هاي PLC متصل گرديده و همانطور كه بيان شد اين سوئيچ ها مي تواند به صورت باز يا بسته باشند . در صورتي كه PLC روشن باشد خروجيهاي PLC براساس منطق برنامه پذيري شده در PLC و وضعيت وروديهاي آن روشن يا خاموش مي گردند. بارهاي خارجي توسط رله ،‌ترانزيستور يا تراياك با توجه به قدرت مورد نياز توسط بورد هايي كه در داخل PLC تعيين شده اند روشن يا خاموش مي گردند . براي بارهائي كه قدرت زيادي لازم دارند از يك طبقه مدار قدرت به علاوه مدار فمران PLC استفاده مي گردد. ورودي و خروجي هاي PLC توسط شماره هائي كه موقعيت پورت آن را نمايش مي دهد مشخص مي شودند . سازنده هاي مختلف شماره گذاريهاي مختلفي به كار مي برند البته ويژگي هاي مشتركي نيز در آنها وجود دارد معمولا شماره ها بصورت باينري و با ضرايب چهار يا پنج بيتي مي باشند مثلاً شركتهاي TI(Texas Instruments) و شركت ميتسوبيوشي (Mitsubishi) از سمبل X براي وردي و از Y براي نمايش خروجي استفاده مي كنندمثال:
X410-X413 , X400-X407

X510-X513 , X500-X507
Y430-Y437
Y530-Y537
منطق برنامه ريزي در PLC به معناي انست كه فرايندهايي كه توسط PLC كنترل مي شوند داراي سنسورها و عملگرهايي هستند كه داراي دوضعيت ،‌خاموش يا روشن مي باش

ند.
در منطق ديجيتال سه نوع عمليات اصلي وجود دارد.NOT,OR,AND
1- عملگر AND: همانند كليد هاي سري در مدار هاي الكتريكي تعريف مي گردد. به عبارت ديگر در اين عملگر تنها زماني خروجي داريم كه تمام متغيرهاي موجود داراي ارزش يك باشند.
۲- عملگرOR: همانند كليد هاي موازي درمدارات الكتريكي تعريف مي گردد. در اين عملگر زماني خروجي خواهيم داشت كه حداقل يك ورودي يك داشته باشيم .
۳- عملگر NOT: يك عملگر تك ورودي است كه خروجي آن مكمل ورودي است وبه عبارت ديگر هرگاه ورودي يك باشد آنگاه خروجي صفر خواهد بود و بالعكس .
ساير عملگر هاي منطقي پايه با استفاده از اين سه عملگر اصلي ساخته مي شوند كه در جدول زير به آنها اشاره مي كنم:
کنترل کننده های برنامه پذیر (PLC)
مبانی كنترل كننده هاي PLC
كنترل كننده هاي منطقي برنامه پذير عبارتند از: يك سيستم الكترونيكي ديجيتال كه با استفاده از حافظه هاي برنامه پذير مي تواند دستورات مشخصي را ضبط نمايند. PLC به منظور پياده سازي دستورات و توابع مشخصي بر روي ماشينها و فرآيند هاي صنعتي استفاده مي شود. سيستم هاي PLC با توجه به نياز به كنترل كننده هاي ارزان قيمت و انعطاف پذير بوجود آمدند. درابتدا PLC ها به منظور جايگزيني كنترل كننده هاي رله اي طراحي و ساخته شدند . در PLC كنترل فرايندها با نوشتن برنامه هاي مناسب انجام مي گيرد.

 

PLC ها مبتني بر ميكروپروسسور هستند و با داشتن اجزايي مانند زمان سنج، شمارندهو ثبات انتقالي كنترل فرايند هاي پيچيده را آسان مي سازند اين كنترل كننده ها مدارهاي واسطه استانداري دارند،‌(ورودي و خروجي) به طوري كه اتصال مستقيم آنها به فرايند توليد ميسر است با استفاده از PLC مي توان بدون جدا كردن كنترل كننده از فرايند ، ‌برنامه كنترلي آن را تغيير دهد. نصب و راه اندازي سيستمهاي PLC در مقايسه با

كنترل كننده هاي رله اي به زمان بسيار كمتري نياز دارد. اختلاف اصلي PLC با يك ميكرو كامپيوتر عبارت است از:
در PLC برنامه هاي استفاده شده در فرآيندها و ماشين آلات بيشتر به صورت اجراي منطق مشخصي از يك سري فرامين كه به صورت قطع و وصل و سوئيچ مي باشد . مدارات ارتباطي با سنسورها و عملگرهاي سخت افزاري خارجي در داخل خود كنترل كننده و به صورت يكپارچه

ساخته شده است. PLC به صورت كاملا صنعتي و قابل اطمينان جهت استفاده در محيطهاي صنعتي با شرايط محيطي داراي ارتعاش ، نويز، حرارت و رطوبت ساخته شده است.
مهمترين مزاياي استفاده از PLC :

• استفاده از PLC حجم تابلوهاي فرمان را كاهش ميدهد.
• استفاده از PLC مخصوصا در فرايندهاي پيچيده موجب صرفه جويي در وقت و هزينه مي گردد.
• PLC استهلاك مكانيكي ندارد، بنابر اين علاوه بر طول عمر بيشتر نيازي به سرويس و تعميرات دوره اي ندارد.
• مصرف انرِژي PLC بسيار كمتر از مدارهاي رله اي است.
• PLC نويزهاي صوتي و الكتريكي ايجاد نمي كند.
• طراحي و اجراي مدارهاي منطقي با PLC بسيار آسان و سريع است.
• ايجاد تغييرات و تنظيمات در PLCآسان و سريع است.
• عيب يابي مدارت كنترل و فرمان با PLC به سهولت انحام مي شود و معمولا PLCخود داراي برنامه عيب يابي مي باشد.
• اتصالات ورودي – خروجي و سطوح سيگنال استاندارد دارند.
معمولا يك ولتاژ ۲۴ ولت از ورودي اصلي برق PLC ايجاد گرديده و براي اتصال الكتريكي ورودي ها استفاده مي شود . سويئچها يا سنسورهاي باينري خارجي مي تواند به ورودي هاي PLC متصل گرديده و همانطور كه بيان شد اين سوئيچ ها مي تواند به صورت باز يا بسته باشند .

در صورتي كه PLC روشن باشد خروجيهاي PLC براساس منطق برنامه پذيري شده در PLC و وضعيت وروديهاي آن روشن يا خاموش مي گردند. بارهاي خارجي توسط رله ،‌ ترانزيستور يا تراياك با توجه به قدرت مورد نياز توسط بورد هايي كه در داخل PLC تعيين شده اند روشن يا خاموش مي گردند . براي بارهائي كه قدرت زيادي لازم دارند از يك طبقه مدار قدرت به علاوه مدار فران PLC استفاده مي گردد. ورودي و خروجي هاي PLC توسط شماره هائي كه موقعيت پورت آن را نمايش مي دهد مشخص مي شوند .
سازنده هاي مختلف شماره گذاريهاي مختلفي به كار مي برند البته ويژگي هاي مشت

ركي نيز در آنها وجود دارد معمولا شماره ها بصورت باينري و با ضرايب چهار يا پنج بيتي مي باشند .
مثلاً شركتهاي (TI) Texas Instrumentsو شركت ميتسوبيوشي (Mitsubishi) از سمبل X براي وردي و از Y براي نمايش خروجي استفاده مي كنند.
منطق برنامه ريزي در PLC به معناي آنست كه فرايندهايي كه توسط PLC كنترل مي شوند داراي سنسورها و عملگرهايي هستند كه داراي دوضعيت ،‌ خاموش يا روشن مي باشند.
شماتيك كلي PLC ها
ساختمان داخلي يك PLC كم بيش مانند ساختمان داخلي هر سيستم ريز پردازنده ديگر است نحوه كار PLC در ابتداي راه اندازي ، مانند هر سيستم مبتني بر پردازنده ، ‌در PLC نيز برنامه سيستمي اجرا مي گردد . پس از اجراي برنامه سيستمي و چك شدن سخت افزار، ‌در صورتي كه شرايط لازم براي ورود به حالت اجرا (RUN) فراهم باشد ،‌برنامه كاربر فراخوانده مي شود و براي اجراي برنامه كاربر ابتدا تمام ورودي هاي PLC بطور يكجا فرا خوانده مي شود و وضعيت آنها (صفر-يك) در مكاني به نام تصوير ورودي (Input-image-Area) نوشته مي شود. PLC در خلال اولين scan برنامه ، از داده هاي تصوير ورودي استفاده مي نمايد توجه كنيد در صورتي كه در طول اولين scan ، ‌تغييراتي در ورودي ها حاصل شود،‌اين تغييرات تا scan بعدي به مكان تصوير ورودي ها انتقال نمي يابد. PLC ضمن scan برنامه كاربر نتايج حاصل را در مكاني به نام تصوير خروجي (Output-image-Area) مي نويسد و بعد از اجراي كامل برنامه و در پايان،‌نتايج را بطور يكجا به خروجي ها ارسال مي دارد. خواندن يكجاي ورودي ها و ارسال يكجاي خروجي ها ،‌ صرفه جويي قابل توجه اي در زمان بدنبال دارد زيرا خواندن يا نوشتن با آدرس دهي يك به يك زمان زيادي را به خود اختصاص مي دهد . از جمله مزاياي دسترسي به مكانهاي تصوير خروجي يا ورودي آن است كه امكان Set يا Reset نمودن هر يك از بيت هاي ورودي يا خروجي را مستقل از وضعيت فيزيكي آنها فراهم مي نمايد و اين كار مزيت بزرگي به هنگام عيب يابي يك برنامه نوشته شده محسوب مي شود

. روش فوق در عين مزايايي كه ذكر گرديد ،‌ مسئله اي بنام زمان پاسخ دهي برنامه را بوجود مي آمورد . زمان پاسخ دهي مدت زماني است كه طول مي كشد تا PLC تمام برنامه كاربر را scan نمايد و در اين مدت تغييرات بوجود آمده در ورودي ها وارد مكان تصوير ورودي نمي گردد و خروجي ها نيز به حالتي كه در scan قبلي بودند باقي مي ماند اين امر در فرايندهايي با سرعت تغييرات بالا مشكل آفرين خواهد بود مخصوصاً زماني كه برنامه كاربر طولاني باشد مدت زمان زيادي صرف scan برنامه مي گردد همچنين گاهي ملاحظات ايمني لازم مي دارد كه تغييرات آني بعضي از ور

ودي ها همواره مورد توجه قرار گيرد كه در اين صورت زمان پاسخ دهي ممكن است مانع از ثبت به موقع اين تغييرات شود . براي حل اين مشكل در زبان هاي برنامه نويسي دستورات خاصي گنجاده شده است. با توجه به سرعت بالاي PLC هاي امروزي وكندي فرآِيند هايي كه توسط آن كنترل مي گردند زمان پاسخ دهي در شرايط عادي معمولاً مشكلي ايجاد نمي كند.البته ناگفته نماند مانیتور كردن برنامه كنترلی اغلب به زمان اسكن می‌افزاید چرا كه CPU كنترلر مجبور است وضعیت كنتاكتها، رله‌ها ، تایمر‌ها و… را روی CRT یا هر وسیله نمایشگر دیگری بفرستد.
. این سیستم می‌تواند بدون نیاز به سیم‌بندی و قطعات جانبی و فقط از طریق نوشتن چند خط برنامه تا صدها تایمر را در آن واحد كنترل و استفاده نماید
قطعات ورودی
هوشمند بودن سیستم اتوماسیون بیشتر مربوط به توانایی PLC در خواندن سیگنالهای ارسالی از انواع ورودی‌های دستی، اتوماتیك و حس‌گرهای خودكار می‌باشد. قطعات ورودي نظیر شستی‌های استارت/ استاپ ، سوییچ‌ها، میكرو‌سوییچ‌ها، سنسورهای فتوالكتریك، proximity ، level sensor ، ترموكوپل، PT100 و… PLC از این سنسورها برای انجام عملیاتی نظیر تشخیص قطعه روی نوار نقاله حامل قطعات، تشخیص رنگ، تشخیص سطح مایعات داخل مخزن، آگاهی داشتن از مكانیزم حركت و موقعیت جسم، تست كردن فشار مخازن و بسیاری موارد دیگر، استفاده می‌كند.سیگنالهای ورودی یا دیجیتال هستند و یا آنالوگ، كه در هر صورت ورودی‌های PLC را می توان در مدهای مختلف تنظیم و مورد استفاده قرار داد.
قطعات خروجی
همانطوری كه می‌دانید یك سیستم اتوماسیون شده بدون داشتن قابلیت اتصال به قطعات خروجی از قبیل سیم‌پیچ، موتور، اینورتر، شیربرقی ، هیتر و … كامل نخواهد بود.
قطعت خروجی نحوه عملكرد سیستم را نشان می‌دهند و مستقیما تحت تاثیر اجرای برنامه كنترلی سیستم هستند در خروجی‌های PLC نیز مدهای مختلفی برا

ی اعمال سیگنال به المانهای خروجی وجود دارد. که در این میان رله ها به عنوان نقش واسط بین PLC و المانهای خروجی عمل میکنند.
جایگاه کنترل کننده های برنامه پذیر در صنعت
امروزه در بین كشورهای صنعتی ، رقابت فشرده و شدیدی در ارائه راهكارهایی برای كنترل بهتر فرآیندهای تولید ، وجود دارد كه مدیران و مسئولان صنایع در این كشورها را بر آن داشته است تا تجهیزاتی مورد استفاده قرار دهند كه سرعت و دقت عمل بالا

یی داشته باشند.
بیشتر این تجهیزات شامل سیستم‌های استوار بر كنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (Programmable Logic Controller) هستند. در بعضی موارد كه لازم باشد می‌توان PLCها را با هم شبكه كرده و با یك كامپیوتر مركزی مدیریت نمود تا بتوان كار كنترل سیستم‌های بسیار پیچیده را نیز با سرعت و دقت بسیار بالا و بدون نقص انجام داد. قابلیت‌هایی از قبیل توانایی خواندن انواع ورودی‌ها (دیجیتال ، آنالوگ ، فركانس بالا…) ، توانایی انتقال فرمان به سیستم‌ها و قطعات خروجی ( نظیر مانیتورهای صنعتی ، موتور، شیر‌برقی ، … ) و همچنین امكانات اتصال به شبكه ، ابعاد بسیار كوچك ، سرعت پاسخگویی بسیار بالا، ایمنی ، دقت و انعطاف پذیری زیاد این سیستم‌ها باعث شده كه بتوان كنترل سیستم‌ها را در محدوده وسیعی انجام داد.
در کشور ما نیز به دلیل وجود پتانسیل های بزرگ صنعتی استفاده گسترده ای از این سیستمها در صنایع مختلف به خصوص صنایع مادر مانند: نفت ، گاز و پتروشیمی می شود. وبه جرات می توان گفت کنترل کننده ها جز لاینفک صنایع موفق کشور به حساب می آیند. تاثیری که PLC ها بر کیفیت ، کمیت و مدیریت تولیدات می گذارند ، در سالهای اخیر اکثر کارخانجات و صنایع مهم کشور را وارد یک رقابت گسترده برای مجهز شدن به این سیستمها کرده است .
در حال حاضر صنعت کشور نیازمند نگرشی نوین در امر کنترل است.روشهای قدیمی باعث کاهش بهره وری و افت کیفیت شده است به همین دلیل برای رشد کیفیت و سرعت و دقت در تولید نیاز به سیستمهای جدیدی است که بصورت مکانیزه امر کنترل را بعهده بگیرد.یکی از این سیستمها کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر یا PLC می باشد.
نبود هماهنگی مناسب بین صنعت و دانشگاه ، کمبود فضاها و امکانات آموزشی ، سنتی بودن صنایع و نداشتن حمایتهای مالی مناسب برای تغییر سیستمها ، تحریمهای اقتصادی و… باعث شده است تا فاصله زیادی با کشورهای صنعتی دنیا داشته باشیم.
اما آنچه مهم است اینکه امروزه اهمیت یادگیری و به کارگیری این سیستمها در بین دانشجویان و مهندسان برق بیش از پیش گردیده است. و فرصتهای آموزشی مناسبی نیز ایجاد گردیده است.
تولید کنندگان بزرگ PLC در جهان
ازمهمترین شرکتهای تولید کننده PLC میتوان شرکت MITSUBISHI,AEG,OMRON,SIEMENS را نام برد یکی از قویترین این شرکتها که در صنعت کشور ما نیز حرف اول را می زند شرکت SIEMENS است که محصولات بسیار متنوعی را در دهه اخیر به بازار عرضه کرده است. در این مقاله سعی شده است اندکی راجع به سیستمهای نام آشنای SIEMENS نگاشته شود.

در طبقه بندي محصولات زيمنس PLC ها در زير مجموعه محصولات SIMATIC قرار مي گيرند. برخي از آنها به صورت COMPACT طراحي و ساخته شده اند به اين معنا که مبنع تغذيه و CPU و مدولهاي ورودي و خروجي بصورت يکپارچه در کنار هم به يکديگر متصل هستند و يک واحد تلقي مي شود. برخي ديگر به صورت مدولار(MODULAR) هستند که بر خلاف نوع COMPACT کاربر مي تواند مدولهاي دلخواه از آن خانواده را بسته به نياز خود انتخاب و در کنار هم گردآورد.
PLCهاي زيمنس به طور کلی در ۵ گروه تقسيم مي شوند:
simatic S5 -1

۲- Simatic S7
3- LOGO
4- Simatic C7
5- Simatic 505
SIMATIC S5
کنترل کننده SIMATIC S7 که یکی از کنترل کننده های نسبتا قدیمی است در انواع مختلف مثل S5-90U یا S5-95U بصورت (COMPACT) بوده و حوزه عملکرد مخصوص دارند اما انواع دیگری مثل S5-100U یا S5-115U بصورت مدولار بوده و برای کنترلهای وسیع تر استفاده می شود که ورودی و خروجی های بیشتری دارند و می توانند عملیات منطقی بیشتری را انجام بدهند.
در S5 می توان PLC هایی را استفاده کرد مثل S5-135U یا S5-155U که بتوانند حوزه عملکرد بسیار وسیعی داشته باشند.
نوع PLC S5 در تمام انواع آنرا که ذکر شد می توان توسط نرم افزار STEP 5 برنامه نویسی یا PROGRAM کرد.
SIMATIC S7
اين PLC ها بعد از S5 عرضه شده اند و خود به سه خانواده مختلف تقسيم مي شود:
S7-200 به صورت COMPACT است و براي سيستماي کنترلي کوچک به کار مي رود.
S7-300 که خود به سه نوع S7-300C ,S7-300Fو S7-300 تقسیم می شود. بصورت MODULAR است و عملکرد متوسط دارد.
S7-400 که خود به سه نوع S7-400 , S7-400H , S7-400FHتقسیم می شود MODULAR است ولي مي تواند حوزه عملکرد وسيع داشته باشد.
اين plc ها با نرم افزار STEP7 برنامه نويسي و پيکر بندي مي شوند
LOGO
LOGO کنترل کننده ساده وارزان قیمتی است که برای کنترل های کوچک مثل ساختمان و دستگاه های کوچک و دربرخی موارد آموزشی کاربرد دارد.این PLC هم COMPACT است و برنامه ريزي آن توسط کليد هاي روي آن انجام مي شود. البته می توان برای ورودی یا خروجی های بیشتر از اسلاتهای اضافی که در بازار وجود دارد استفاده کرد.
برای برنامه نویسی این PLC از نرم افزار logo!soft comfort استفاده می شود.
Simatic c7

ترکيبي از S7-300 وoperator control است و علاوه بر اينکه کار کنترلي را انجام مي دهد بر روي نمايشگر آن مي توان پيغام ها و رخداد ها و مقادير مربوط به فرآيند را ديد و اعمال را نيز مي توان توسط صفحه کليد روي آن اعمال نمود.
C7 به صورت compact بوده و انواع مختلفي دارد که توانايي هاي متفاوتي دارند. براي برنامه نويسي اين PLC بايد علاوه بر نرم افزار STEP7 نرم افزار PROTO

OL نيز روي کامپيوتر نصب شود.