طراحی سیستم‌های کنترلی با استفاده از PLC

.

طراحی سیستم‌های کنترلی با استفاده از PLC در یک پروسه صنعتی، کاری بسیار ساده و آسان خواهد بود اگر طبق طبق مراحل گفته شده انجام شود :

1. مشخص کردن ترتیب و منطق کار ماشین.

2. مشخص نمودن تعداد تجهیزات ورودی دیجیتال و نوع سیگنال آنها.

3. مشخص نمودن تعداد تجهیزات خروجی دیجیتال و نوع سیگنال آنها.

4. مشخص نمودن تعداد تجهیزات ورودی آنالوگ و نوع سیگنال آنها.

5. مشخص نمودن تعداد تجهیزات خروجی آنالوگ و نوع سیگنال آنها.

6. ایجاد یک جدول برای ورودی و خروجی و نوع آنها در اکسل و یا هر نرم‌افزار مشابه دیگر.

7. با توجه به جدول بالا و در نظر گرفتن 10 درصد رزرو بالاتر برای توسعه آینده، کارت‌های PLC را انتخاب می‌کنیم.

8. انتخاب مدل و برند PLC مورد نیاز با توجه به حجم پوسه کنترلی و سرعت و حساسیت مورد نیاز و همچنین تعداد ورودی و خروجی و نوع آنها.

9. آدرس دهی و نامگذاری سمبلیک ورودی‌ها و خروجی‌ها در جدولی که تهیه کردید.

10. برنامه‌نویسی و شبیه‌سازی آن برای بررسی عملکرد صحیح.

11. دانلود کردن برنامه روی plc و تست نهایی.

12. اجرای برنامه کنترلی و عیب‌یاب.

1- مشخص کردن ترتیب کار ماشین:

در یک سیستم کنترلی توسط المانهای ورودی و سنسور‌ها بسته به شرایط موجود یک سیگنال به PLC فرستاده می‌شود. در پاسخ، کنترلر بر طبق برنامه کنترلی که در حافظه خود دارد سیگنالی به ترمینالهای خروجی، که کار دستگاه را کنترل می‌کنند، می‌فرستد. و به این ترتیب عمل کنترلی خواسته شده، انجام می‌شود. قبل از نوشتن برنامه شما باید منطق و ترتیب کار ماشین را تهیه کنید تا توالی عملیات مشخص شود. سخت‌ترین قسمت کار شما در پیاده‌سازی یک سیستم کنترلی توسط plc این قسمت است. بنابراین برای طراحی سیستم‌های کنترلی با استفاده از PLC در یک پروسه کنترلی بزرگ ممکن است نیاز به چندین ماه تحقیق و بررسی داشته باشید.
به عنوان مثال فرض کنید هدف اتوماسیون شناسایی خرابی و درجه بندی کاشی‌های موجود در یک خط تولید کاشی می‌باشد. بدین معنی که بعد از شناسایی کاشی معیوب توسط سنسورهای تعبیه شده، بر روی کاشی‌ها علامتی زده و طبق آن علامت کاشی‌ها درجه بندی کیفی شده و در انتها توسط یک جک هیدرولیکی کاشی‌های معیوب از خط خارج شوند.
پس می‌بایست سیگنالی از سنسور‌ها به ورودی PLC داده شود تا برحسب سیگنال ارسالی PLC تصمیمات لازم در مورد درجه بندی کیفی (براساس برنامه نوشته شده) اتخاذ و دستورات لازم اعمال شود. اینکار یعنی تعیین صورت مسئله از فرآیند تحت کنترل بدین معنی که طراح علاوه بر تسلط بر تجهیزات الکترونیکی مانند PLC باید قدرت آنالیز فرآیندهای صنعتی را داشته باشد و علاوه بر آن با چگونگی نقشه خوانی صنعتی نیز آشنا باشد زیرا ممکن است برنامه مربوط به پروسه‌ای سنگین و غیر قابل آنالیز باشد بطوریکه تنها از طریق مدارات فرمان و قدرت سیستم می‌توان پی به عملکرد آن برد.

2- مشخص نمودن تعداد تجهیزات ورودی دیجیتال و نوع سیگنال آنها:

شما باید تمام سیگنال‌های دیجیتال ورودی برای plc را لیست کنید و نوع سیگنال را هم معلوم کنید به عنوان مثال پوش‌باتون به تعداد 26 عدد و ولتاژ 24vDC و یا سنسور نوری تعداد 8 عدد و ولتاژ 24vDC

3- مشخص نمودن تعداد تجهیزات خروجی دیجیتال و نوع سیگنال آنها:

شما باید تمام سیگنال‌های دیجیتال خروجی برای plc را لیست کنید و نوع سیگنال را هم معلوم کنید به عنوان مثال لامپ سیگنال به تعداد 15 عدد و ولتاژ 24vDC و جریان 200mA و یا کنتاکتور به تعداد 20 عدد و ولتاژ 220vAC و جریان 2A و یا رله شیشه‌ای به تعداد 15 عدد و ولتاژ 24vDC و جریان 400mA

4- مشخص نمودن تعداد تجهیزات ورودی آنالوگ و نوع سیگنال آنها:

شما باید تمام سیگنال‌های آنالوگ ورودی به plc را لیست کنید به عنوان مثال پرشر ترانسمیتر 10 عدد که نوع سیگنال آن 4mA – 20mA است و یا سنسور دما از نوع ترموکوپل نوع j

5- مشخص نمودن تعداد تجهیزات خروجی آنالوگ و نوع سیگنال آنها:

شما باید تمام سیگنال‌های آنالوگ خروجی به plc را لیست کنید به عنوان مثال کنترل ولوبه تعداد 5 عدد که نوع سیگنال دریافتی آن 4mA – 20mA است و یا درایو موتور به تعداد 2 عدد که با ولتاژ 0-10 ولت کار می‌کند.

6- ایجاد یک جدول برای ورودی و خروجی و نوع آنها در اکسل و یا هر نرم‌افزار مشابه دیگر

بعد از اینکه تعداد ورودی و خروجی‌ها و نوع آنها را با توجه به پروسه کنترلی و منطق کار ماشین مشخص کردید باید یک جدول در نرم‌افزار اکسل و یا هر نرم‌افزار مشابه دیگر تهیه کنید تا هم در هنگام برنامه‌نویسی بتوانید از آن استفاده کنید و هم به عنوان داکیومنت بعد از پروژه بتوانید از آن استفاده کنید. در این جدول علاوه بر نوع سیگنال باید نام مستعار آن و یک توضیح در مورد عملکرد این سیگنال در منطق کاری ماشین نوشته شود. محل ترمینال متصل شده در تابلو plc و آدرس این سیگنال در برنامه هم باید ذکر شود.

7- با توجه به جدول بالا و در نظر گرفتن 10 درصد رزرو بالاتر برای توسعه آینده، کارت‌های PLC را انتخاب می‌کنیم

با توجه به جدولی که در مورد بالا تهیه کردید و در نظر گرفتن 10% رزرو باید نوع و تعداد کارت‌های plc را انتخاب کنید. به عنوان مثال فرض کنید در یک پروژه اتوماسیون شما نیاز به 40 عدد ورودی دیجیتال دارید بنابراین شما باید با توجه به برندی از پی ال سی كه ميیخواهيد بكار ببريد مثلا فرض كنید كه مي‌خواهيد از plc زيمنس سری 300 استفاده کنید در این حالت شما باید برای 44 عدد ورودی دیجیتال از 3 عدد کارت 16 ورودی دیجیتال استفاده کنید.
به همین ترتیب تمام کارت‌های ورودی و خروجی و کارت‌های آنالوگ را مشخص می‌کنید.

8- انتخاب مدل و برند PLC مورد نیاز با توجه به حجم پوسه کنترلی و سرعت و حساسیت مورد نیاز و همچنین تعداد ورودی و خروجی و نوع آنها

با بررسی سیکل کاری پروسه‌ای که می‌خواهیم کنترل کنید، مشخص کردن تعداد و نوع Input/Output‌های سیستم و با توجه به دقت مورد نیاز، PLC مناسب را انتخاب می‌کنیم. همچنین باید قابلیت شبکه‌ را در صورت نیاز مدنظر قرار دهید.

در مورد انتخاب یک PLC بایستی مشخصه‌های زیر را تعیین کنیم:
تعداد ورودی‌ها
تعداد خروجی‌ها
نوع ورودی و خروجی‌های دستگاه
تعداد رجیستر‌ها و بیت‌های کمکی
تعداد تایمر‌ها و شمارنده‌های مورد نیاز
اندازه حافظه
سرعت اجرای برنامه و پاسخ‌دهی دستگاه Scan Time
برخی از شرکت‌های مشهور سازنده PLC عبارتند از:        LG، MITSUBISHI، TELEMECANIQUE، OMRON، ALAM BRADLEY، SIEMENS   و…

 
( در صورت نیاز به ویدوئو‌های آموزشی ما در وبسایت آبانیک مراجعه کنید تا با برند‌های مطرح plc آشنا شوید )
 

9- آدرس دهی و نامگذاری سمبلیک ورودی‌ها و خروجی‌ها در جدولی که تهیه کردید

در این مرحله تمامی قطعات که باید به plc وصل شوند مشخص شده‌اند، بنابراین در جدولی که قبلا ایجاد کرده‌اید به هر کدام از آن‌ها آدرسی از حافظه PLC I/O اختصاص داده می‌شود و برای آنها یک نام سمبلیک برطبق منطق کار ماشین اختصاص داده می‌شود. در حین سیم‌بندی مدار هم باید دقت کرد که این قطعات به ترمینالهای مشخص شده وصل شوند. مشخص کردن آدرس‌های ورودی خروجی باید قبل نوشتن برنامه انجام شود چرا که این آدرس‌ها به کنتاکتهایی که در برنامه PLc استفاده خواهد شد، معنی می‌دهند.

10- برنامه‌نویسی و شبیه‌سازی آن برای بررسی عملکرد صحیح

بعد از تجزیه تحلیل مدار و انتخاب PLC حال نوبت به برنامه‌نویسی آن می‌رسد. برنامه با توجه به ترتیب عملیات و منطق ماشین انجام می‌شود که در قدم اول مشخص شده است. زبان برنامه‌نویسی بستگی به شما دارد و برای PLC فرقی ندارد که شما از کدام زبان استفاده کرده‌اید. تمام برند‌های PLC از 3 زبان اصلی دیاگرام نردبانی ( LADDER DIAGRAM ) و سیستم کنترل فلوچارت ( CONTROL SYSTEM FLOWCHART )  و لیست بیانی ( STATEMENT LIST ) پشتیبانی می‌کنند و شما کاملا آزاد هستید که از هر کدام از این سه زبان‌ برنامه‌نویسی اصلی و یا هر زبان برنامه‌نویسی که PLc انتخابی شما پشتیبانی می‌کند استفاده کنید.  ( برای یادگیری برنامه‌نویسی PLC می‌توانید از آموزش‌های سایت آبانیک استفاده کنید.)
قبل از اینکه برنامه نوشته شده به PLC منتقل شود باید در محیط شبیه‌سازی که توسط سازنده ارائه می‌شود تست شود تا ایرادات اساسی که در حین برنامه‌نویسی بوجود آمده‌اند برطرف شود و تا حدی هم منطق کاری ماشین بوسیله شبیه‌ساز قابل بررسی است.
 

11- دانلود کردن برنامه روی plc و تست نهایی

در این مرحله باید برنامه نوشته شده به PLc دانلود شود. برای این کار باید تابلو plc  و سخت افزار مورد نیاز دیگر مونتاژ شده باشد و تمامی سنسورها و تجهیزات به ترمینال‌های plc متصل شده باشند و بعد بوسیله کابل لازم برای پروگرام کامپیوتر به plc متصل می‌شود و برنامه روی آن دانلود می‌شود و plc در حالت RUN  قرار می‌گیرد تا شروع به اجرا برنامه کند.
این قسمت معمولا یکی از حساس‌ترین قسمت‌های می‌باشد و خیلی پر استرس است ولی اگر احتیاط‌های لازم صورت گرفته باشد در صورت بروز مشکل می‌توان کار عیب‌یابی را انجام داد تا مشکل برطرف شود.

12- اجرای برنامه کنترلی و عیب‌یاب

در این مرحله برنامه و سخت افزار PLC در شرایط واقعی تست می‌شود. بعد از مشاهده عملکرد ممکن است سیستم نیاز به اشکال‌زدایی داشته باشد تا در صورت لزوم عملکرد سیستم بهتر شود. در این صورت هم فقط برنامه PLC است که تغییر خواهد کرد. ممکن است لازم باشد یک برنامه چندین بار تغییر کند تا هدف کنترلی مورد نظر محقق شود. و شاید نیاز باشد تا یک دستگاه صنعتی چندین روز در شرایط واقعی کار کند و شما آن را زیر نظر داشته باشید تا باگ‌های سیستم را ببینید و آنها را برطرف کنید.
 

 
توجه داشته باشید که طراحی یک سیستم کنترلی فقط به معنی آنالیز فرآیند‌های صنعتی و تعیین یک پروسه کنترلی مناسب برای آن فرآیندها نمی‌باشد. بلکه شما به عنوان طراح سیستم باید بعد از تعیین نحوه‌ی عملکرد یک سیستم تولیدی، بررسی کنید و ببینید که با چه تدابیری می‌توان نحوه بهره‌برداری از خط تولید را با در نظر گرفتن حداقل مصرف انرژی بالاتر ببرید و بجای عناصر قدیمی و با استهلاک بالا از تجهیزات جدید و بروز استفاده کنید.
همچنین باید برای مدیریت خط تولید هم تمهیداتی در نظر بگیرید تا مدیریت بهره‌برداری سیستم بتواند از این ابزار برای کنترل و بالا بردن راندمان کاری خط تولید خود استفاده کند.به عنوان مثال از طریق شبکه های صنعتی مانند اترنت، فیدباس، مودباس و … تمامی مراحل تولید را تحت کنترل گرفته و به صورت Online وضعیت خطوط را از طریق PCBASE و یا HMI و … تحت نظارت مدیریت قرار دهید. بدین ترتیب می‌توانید با چنین تدابیری جایی در صنعت اتوماسیون برای خود پیدا کرده و حرفی برای گفتن داشته باشید.
 
منبع: آبانیک