پی ال سی PLC چیست؟

معرفی PLC

PLC مخفف عبارت Programmable Logic Controller می‌باشد که به معنای کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر است که امروزه از اجزای جدایی‌ناپذیر سیستم‌های صنعتی هست و به‌عنوان یک کامپیوتر دیجیتال صنعتی که جزء اصلی بخش اتوماسیون صنعتی می‌باشد شناخته می‌شود. درواقع PLC برای کنترل فرایندهای تولید مانند خطوط مونتاژ یا دستگاه‌های رباتیک یا هر فعالیتی که نیاز به کنترل مطمئن و آسان و سهولت در برنامه‌نویسی دارد، سازگار است. بنابراین به‌مرورزمان تابلوهای قدیمی که پر از رله و تایمر و کانتر بود جای خود را به پی ال سی ها دادند و نظم جدیدی را به تابلوهای برق بخشیدند.

مختصری از تاریخچه PLC

در سال 1968 توسط مهندس ادوارد کلارک که یکی از کارمندان شرکت جنرال موتور آمریکا بود درخواستی برای پیشنهادات جهت جایگزینی مدارات کنترل الکترونیکی با مدارات کنترل رله‌ای صادر گردید. پیرو این پیشنهاد، اولین PLC به نام 84 که هشتادو چهارمین پروژه شرکت بدفورد بود ساخته شد. شرکت بدفورد شرکت جدیدی به نام مدیکن را برای توسعه، فروش و خدمات این محصول جدید ایجاد کرد که افرادی در آن مشغول به کار شدند. یکی از افرادی که در این پروژه کار می‌کرد دیک مورلی بود که به‌عنوان پدر PLC از او یاد می‌شود. نام تجاری مدیکن در سال 1977 به گلد الکترونیک فروخته شد، که بعدها توسط شرکت آلمانی AEG و سپس توسط اشنایدر فرانسوی که صاحب فعلی آن است واگذار شد.

مزایا و معایب PLC نسبت به مدارات فرمان

از مزایای پی ال سی ها نسبت به مدارات فرمان می‌توان به کاهش هزینه تعمیرات و نگهداری به دلیل حذف شدن رله‌های مکانیکی از مدارات فرمان و هم‌چنین به عدم پیچیدگی مدارات فرمان اشاره کرد. در سیستم‌هایی که PLC در آن به‌کاررفته است خرابی کمتری را شاهد هستیم و همچنین در صورت بروز عیب می‌توان به‌راحتی سیستم را عیب‌یابی کرد. راحتی کار با نرم‌افزار و سادگی مدار کنترل سیستم، به ما کمک می‌کند تا با کمترین تغییر در سیم‌کشی و سخت‌افزار سیستم ،روند عملکرد ماشین را تغییر دهیم.قابلیت کنترل از راه دور و قابلیت اتصال به کامپیوتر نیز از دیگر ویژگی‌های پی ال سی می‌باشد. از معایب پی ال سی ها می‌توان به قیمت نسبتاً بالا و نیاز به تخصص برنامه‌نویسی و تأثیرات دما به دلیل استفاده از نیمه‌هادی در آن نام برد.

ساختار تشکیل دهنده پی ال سی

واحد پردازش مرکزی (CPU)

این همان مغز PLC است؛ جایی که تمام تصمیم‌گیری‌ها انجام می‌شود. CPU ورودی‌ها را می‌خواند، برنامه‌ای که شما نوشته‌اید را خط‌به‌خط اجرا می‌کند و نتیجه را به خروجی‌ها می‌فرستد. درونش یک پردازنده صنعتی وجود دارد که برای کار بی‌وقفه در شرایط سخت طراحی شده، به همراه حافظه‌هایی که هم سیستم‌عامل PLC و هم برنامه کاربر را نگه می‌دارند. یک مهندس برق می‌داند که کیفیت و سرعت CPU تعیین می‌کند PLC چقدر می‌تواند سریع به تغییرات پاسخ دهد و چه حجم منطقی را بدون تأخیر اجرا کند.

منبع تغذیه

بدون یک منبع تغذیه پایدار، هیچ PLC قابل اعتماد نیست. این بخش ولتاژ ورودی (معمولاً ۲۴ ولت DC یا ۲۲۰ ولت AC) را به ولتاژهای دقیق و تثبیت‌شده برای CPU و ماژول‌ها تبدیل می‌کند. در طراحی صنعتی، منبع تغذیه باید در برابر نوسانات، افت ولتاژ و حتی نویزهای شدید مقاوم باشد، چون کوچک‌ترین اختلال می‌تواند کل خط تولید را متوقف کند.

در محیط صنعتی ایران، متاسفانه نوسان برق و نویز الکتریکی رایج است. منبع تغذیه PLC باید در این شرایط را تاب بیاورد. بعضی از مهندسان تازه‌کار این بخش را ساده می‌گیرند، اما یک پاور بی‌کیفیت می‌تواند کل خط تولید را بخواباند.

ماژول‌های ورودی

اینجا جایی است که PLC با دنیای بیرون حرف می‌زند و اطلاعات را دریافت می‌کند. ورودی دیجیتال مثل یک کلید ساده فقط روشن یا خاموش را می‌فهمد، اما ورودی آنالوگ می‌تواند تغییرات پیوسته مثل دما یا فشار را بخواند. یک مهندس برق همیشه به ایزولاسیون و فیلتر نویز در این بخش توجه می‌کند تا سیگنال واقعی از نویز محیط جدا شود.

ماژول‌های خروجی

این بخش فرمان‌های CPU را به عمل تبدیل می‌کند. خروجی دیجیتال می‌تواند یک موتور را روشن کند یا یک شیر برقی را ببندد، و خروجی آنالوگ می‌تواند سرعت یک اینورتر یا موقعیت یک شیر کنترل را تنظیم کند. انتخاب نوع خروجی (ترانزیستوری، رله‌ای یا ترایاکی) بسته به بار و سرعت سوئیچینگ اهمیت زیادی دارد.

حافظه

حافظه در PLC فقط برای ذخیره برنامه نیست؛ داده‌های موقت، وضعیت تایمرها، شمارنده‌ها و حتی مقادیر آنالوگ هم اینجا نگهداری می‌شوند. حافظه‌های دائمی مثل فلش یا EEPROM برنامه را حتی بعد از قطع برق حفظ می‌کنند، و حافظه‌های موقت (RAM) برای داده‌های لحظه‌ای استفاده می‌شوند. در پروژه‌های حساس، مهندس برق همیشه به ظرفیت و نوع حافظه توجه می‌کند تا از از دست رفتن داده‌ها جلوگیری شود.

ماژول‌های ارتباطی

در دنیای امروز، PLC به ندرت تنها کار می‌کند. ماژول‌های ارتباطی امکان اتصال به شبکه‌های صنعتی مثل Profibus، Modbus یا Ethernet/IP را فراهم می‌کنند. این بخش برای تبادل داده با HMI، سیستم‌های مانیتورینگ یا حتی PLCهای دیگر حیاتی است. یک متخصص برق می‌داند که انتخاب پروتکل درست و پیکربندی صحیح این ماژول‌ها، سرعت و امنیت تبادل داده را تضمین می‌کند.

انواع زبان‌های برنامه نویسی PLC

اگر بخواهم به زبان ساده بگویم: PLC مثل یک مغز صنعتی است که هر چند میلی‌ثانیه ورودی‌ها را می‌خواند، منطق شما را اجرا می‌کند و خروجی‌ها را می‌فرستد. روش‌های برنامه‌نویسی مختلف، فقط راه‌های متفاوت برای نوشتن همین منطق هستند. استادکار کسی است که بداند برای هر نوع کار، کدام روش تمیزتر، امن‌تر و سریع‌تر او را به نتیجه می‌رساند، نه اینکه با یک روش همه‌چیز را حل کند.

Ladder Diagram

لدر همان نقشه‌ی رله‌ایِ دیجیتال است. اگر برق‌کار هستید، حس خانه‌ی خودتان را دارد: سمت چپ برق فرضی، وسط تماس‌ها و تایمرها، سمت راست کویل‌ها. زیبایی‌اش در عیب‌یابی آنلاین است؛ وقتی ماشین ایستاده، با یک نگاه می‌فهمید کدام مسیر «روشن» است، کدام اینترلاک اجازه نمی‌دهد. هر جا منطق «اگر این و آن، آنگاه آن» با ورودی‌های دیجیتال و موتور و سیلندر سروکار دارد، لدر تمیز و کم‌دردسر است. اما وقتی محاسبات عددی، فیلتر، یا الگوریتم‌های طولانی وارد بازی می‌شوند، لدر شلوغ و کندفهم می‌شود؛ آن‌جا بهتر است قطعه‌ی محاسباتی را در قالب یک بلوک یا ST بنویسید و خروجی‌اش را در لدر مصرف کنید. راز کار تمیز با لدر، ماژولار کردن منطق است: هر موتور، هر محور یا هر ناحیه یک شبکه‌ی مستقل، با نام‌گذاری واضح و حداقل پرش بین شبکه‌ها.

Function Block Diagram

در FBD شما با بلوک‌ها فکر می‌کنید: ورودی‌ها از چپ می‌آیند، پردازش می‌شوند و خروجی‌ها از راست بیرون می‌روند. برای کنترل‌های پیوسته مثل دما، فشار، دبی و به‌خصوص PID عالی است؛ چون مسیر سیگنال‌ها را مثل یک نقشه‌ی آبرسانی می‌بینید. اگر چند حلقه‌ی کنترل دارید، هر حلقه یک بلوک PID با پارامترهای خودش، قبلش مقیاس‌گذاری ورودی و بعدش محدودکننده‌ی خروجی؛ همه‌چیز خوانا و یکدست. نقطه ضعف FBD در توالی‌های چندمرحله‌ای و وضعیت‌های «اگر خطا شد برگرد به فلان مرحله» است؛ آن‌جا FBD تنها نمی‌درخشد. راه حرفه‌ای این است که توالی را با SFC یا یک بلوک ST مدیریت کنید و خودِ پردازش پیوسته را به FBD بسپارید. نکته‌ی کلیدی در FBD، نظم جریان سیگنال است؛ چپ به راست و از درشت به ریز، وگرنه صفحه تبدیل به سیم‌کشی درهم می‌شود.

Sequential Function Chart

SFC یعنی فرایند را مرحله‌مرحله می‌بینید: راه‌اندازی، تولید، ایست، شست‌وشو، هر کدام یک «Step» با شرط حرکت به مرحله‌ی بعد. برای خطوط مونتاژ، بسته‌بندی، یا هر کاری که ترتیب و زمان‌بندی دارد، این روش مثل یک نقشه‌ی راه است. وقتی ماشین گیر می‌کند، با یک نگاه می‌بینید در کدام مرحله مانده و شرط انتقال کدام است که برآورده نشده. نکته‌ی مهم در SFC، تعریف شرط‌های «اتمیک» و مسیرهای بازگشت امن است: برای هر مرحله تایم‌اوت بگذارید، خطاهای محتمل را به‌صورت شاخه‌های جدا مدیریت کنید، و حرکت موازی را فقط وقتی لازم است فعال کنید. معماری تمیز این است: SFC فرمانده‌ی توالی، داخل هر Step منطق محلی را با لدر یا FBD اجرا کنید، و محاسبات خاص را با ST در قالب بلوک صدا بزنید. نتیجه، سیستمی است که هم برای تکنسین میدانی قابل‌فهم است و هم برای مهندس کنترل قابل‌گسترش.

Structured Text

ST همان زبان متنی سطح‌بالاست که دست شما را برای منطق‌های پیچیده باز می‌گذارد. هر جا جدول‌های تصمیم، حلقه‌ها، محاسبات ماتریسی سبک، فیلترهای دیجیتال، یا کار با آرایه‌ها دارید، ST سریع‌تر و تمیزتر به نتیجه می‌رسد. مزیتش این است که می‌توانید توابع و بلوک‌های قابل‌استفاده‌مجدد بنویسید، تست کنید و در پروژه‌های بعدی بدون دردسر استفاده کنید. ضعفش فقط این است که برای عیب‌یابی میدانی به چشم غیرمتخصص، کم‌حرف‌تر از لدر است. راه‌حل استادانه: هسته‌ی محاسبات را در ST بنویسید، اما برای تکنسین‌ها یک «رَپر» لدر یا FBD بگذارید که ورودی/خروجی‌ها و وضعیت‌ها را واضح نمایش دهد. در پروژه‌های حرفه‌ای، ST ستون فقرات الگوریتم‌هاست و بقیه‌ی زبان‌ها نقش رابط کاربر و نمایشگر را بازی می‌کنند.

Instruction List

IL زبان قدیمی شبیه اسمبلی است. هنوز در پروژه‌های قدیمی یا برخی پلتفرم‌ها می‌بینیم و گاهی هم با نام STL شناخته می‌شود. سرعت اجرا و نزدیکی به سخت‌افزار از مزیت‌هایش بود، اما خوانایی و نگهداری قربانی می‌شد. توصیه‌ی عملی من این است: اگر با کد IL قدیمی طرف هستید، رفتار فعلی را دقیق مستندسازی کنید، تست رگرسیون بگیرید و به‌تدریج ماژول‌ها را به ST یا بلوک‌های استاندارد منتقل کنید. هر تغییری را با مراقبت از زمان چرخه و بار CPU انجام دهید تا ماشین در عملکرد واقعی دچار غافلگیری نشود.

آيا پی ال سی کامپیوتر است ؟

اگر بخواهیم دقیق و در عین حال ساده بگوییم، PLC یک نوع کامپیوتر صنعتی تخصصی است، اما با تفاوت‌های مهم نسبت به کامپیوترهای معمولی که در خانه یا محل کار دارید.

PLC هم مثل یک کامپیوتر پردازنده (CPU)، حافظه، ورودی/خروجی و برنامه دارد. اما از پایه برای یک مأموریت خاص ساخته شده:

• کار مداوم ۲۴ ساعته در محیط‌های صنعتی پر از گرد و غبار، رطوبت، نویز الکتریکی و دمای بالا یا پایین.

• اجرای چرخه‌ای و تکراری یک برنامه با زمان‌بندی دقیق (اسکن سیکل)، نه اجرای چندین نرم‌افزار متنوع مثل یک PC.

• پایداری و اطمینان بالا؛ یعنی حتی اگر سال‌ها بدون خاموشی کار کند، باید همان عملکرد را بدون خطا ادامه دهد.

• ورودی/خروجی صنعتی؛ PLC مستقیماً با سنسورها، کلیدها، موتورها و شیرهای برقی کار می‌کند، نه با ماوس و کیبورد.

پس بله، از نظر معماری، PLC یک کامپیوتر است، اما کامپیوتری که برای کنترل و اتوماسیون ساخته شده، نه برای کاربری عمومی.