ساختار و نحوه عملکرد PLC

ساختار و نحوه عملکرد PLC: کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) یکی از اجزای کلیدی در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی است که در حوزه برق و الکترونیک به کار می‌رود. PLCها برای کنترل و نظارت بر فرآیندهای صنعتی طراحی شده‌اند و نقش مهمی در بهبود بهره‌وری، دقت و کارایی سیستم‌های اتوماسیون دارند. مبحث PLC‌ها به عنوان یکی از ابزارهای اساسی در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، با ساختار و عملکرد خود، نقش حیاتی در کنترل و نظارت بر فرآیندهای صنعتی ایفا می‌کنند.

با استفاده از قابلیت‌های انعطاف‌پذیر و قابلیت برنامه‌ریزی این دستگاه‌ها، مهندسان و تکنسین‌ها می‌توانند به صورت دقیق و مؤثر فرآیندها را کنترل کنند و به افزایش بهره‌وری و کاهش خطاها کمک کنند.  در ادامه این مقاله، به بررسی ساختار و نحوه عملکرد PLC در زمینه اتوماسیون صنعتی، به ویژه در حوزه برق و الکترونیک، می‌پردازیم:

ساختار PLC

• واحد پردازش مرکزی (CPU)

پردازنده: واحد پردازش مرکزی (CPU) هسته اصلی نحوه عملکرد PLC است و مسئول پردازش داده‌ها و اجرای برنامه‌های کنترلی است. پردازنده می‌تواند به صورت پردازنده‌های میکروکنترلر یا میکروپروسسور طراحی شود.

حافظه برنامه: برای ذخیره برنامه‌های کنترلی و دستورات.

حافظه داده: برای ذخیره مقادیر ورودی، خروجی و داده‌های موقتی استفاده می‌شود.

• واحد ورودی و خروجی (I/O).

ورودی‌ها: ورودی‌های PLC سیگنال‌های دریافتی از سنسورها، کلیدها و دیگر دستگاه‌های ورودی را دریافت می‌کنند. این ورودی‌ها می‌توانند به صورت دیجیتال (ON/OFF) یا آنالوگ (مقادیر متغیر) باشند.

خروجی‌ها: خروجی‌های PLC سیگنال‌هایی را به عملگرها، موتورها، شیرها و سایر تجهیزات خروجی ارسال می‌کنند. این سیگنال‌ها می‌توانند به صورت دیجیتال یا آنالوگ باشند و وظیفه کنترل و نظارت بر تجهیزات صنعتی را بر عهده دارند.

منبع تغذیه: منبع تغذیه PLC انرژی لازم برای عملکرد تمام اجزای داخلی را تأمین می‌کند. این منبع ممکن است برق AC یا DC باشد، بسته به نوع و مدل PLC.

واحد ارتباطات: این واحد به PLC این امکان را می‌دهد که با سایر سیستم‌ها و دستگاه‌ها ارتباط برقرار کند. شامل پورت‌های ارتباطی مختلف نظیر RS-232 ،RS-485 ،Ethernet و پروتکل‌های صنعتی مانند Profibus و Modbus است. (کلاس های آموزش plc)

نحوه عملکرد PLC در اتوماسیون صنعتی

• مرحله ورودی

جمع‌آوری داده‌ها: PLC سیگنال‌های ورودی را از سنسورها و دستگاه‌های ورودی دریافت می‌کند. این سیگنال‌ها می‌توانند وضعیت‌های مختلف مانند روشن بودن یا خاموش بودن یک دستگاه، دما، فشار و… را نشان دهند.

تبدیل سیگنال‌ها: اگر ورودی‌ها آنالوگ باشند، PLC با استفاده از مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC)، این سیگنال‌ها را به فرمت دیجیتال تبدیل می‌کند تا قابل پردازش باشد.

• مرحله پردازش

اجرای برنامه: در این مرحله، CPU برنامه‌های کنترلی که قبلاً توسط کاربر نوشته شده‌اند، را اجرا می‌کند. این برنامه‌ها شامل دستورات منطقی، ریاضی و کنترلی هستند که برای مدیریت فرآیندهای صنعتی طراحی شده‌اند.

تصمیم‌گیری منطقی: CPU تصمیمات منطقی بر اساس ورودی‌های دریافت شده و برنامه‌های کنترلی اتخاذ می‌کند. این تصمیمات می‌توانند شامل روشن یا خاموش کردن عملگرها، تنظیم مقادیر خروجی و سایر وظایف کنترلی باشند.

• مرحله خروجی

ارسال سیگنال‌ها: پس از پردازش و تصمیم‌گیری، PLC سیگنال‌های خروجی به عملگرها و تجهیزات خروجی ارسال می‌کند. این سیگنال‌ها می‌توانند شامل فرمان‌هایی برای روشن و خاموش کردن موتورها، تنظیم وضعیت شیرها و یا تغییر وضعیت دیگر عملگرها باشند.

کنترل و نظارت: PLC به صورت پیوسته و در زمان واقعی به نظارت بر وضعیت فرآیند و کنترل خروجی‌ها ادامه می‌دهد. این عملکرد به PLC این امکان را می‌دهد که به تغییرات سریع در فرآیندها واکنش نشان دهد و کنترل دقیق و موثری ارائه دهد.

کاربرد PLC در اتوماسیون صنعتی برق و الکترونیک

• کنترل فرآیندهای صنعتی

کنترل موتورهای الکتریکی: PLC برای کنترل و نظارت بر موتورهای الکتریکی، از جمله راه‌اندازی، توقف و تغییر سرعت آن‌ها به کار می‌رود. این کنترل‌ها می‌توانند شامل فرمان‌های مستقیم و یا از طریق اینورترها باشند. (پکیج جامع PLC و اتوماسیون صنعتی)

مدیریت سیستم‌های توزیع برق: PLC می‌تواند برای نظارت و کنترل سیستم‌های توزیع برق، از جمله قطع و وصل کردن مدارها، نظارت بر بار و ولتاژ و تنظیم توزیع انرژی استفاده شود.

• مدیریت تجهیزات الکترونیکی

کنترل سیستم‌های تهویه و گرمایش: PLC برای کنترل سیستم‌های تهویه، گرمایش و سرمایش در تأسیسات صنعتی و تجاری استفاده می‌شود. این کنترل‌ها شامل تنظیم دما، فشار و جریان هوا است.

کنترل سیستم‌های نوری و روشنایی: PLC به‌طور گسترده‌ای برای مدیریت سیستم‌های روشنایی، از جمله کنترل روشنایی اضطراری و مدیریت مصرف انرژی در تأسیسات صنعتی و تجاری استفاده می‌شود.

• نظارت و کنترل از راه دور

ارتباط با سیستم‌های SCADA: مبحث PLC می‌تواند با سیستم‌های SCADA (کنترل و نظارت بر داده‌ها و کنترل) ارتباط برقرار کرده و داده‌ها و وضعیت فرآیندها را به صورت آنلاین به اپراتورها گزارش دهد.

دستگاه‌های HMI (رابط انسانی-ماشین): PLC با دستگاه‌های HMI (رابط انسانی-ماشین) برای ارائه رابط‌های کاربری که به اپراتورها امکان کنترل و نظارت بر فرآیندها را می‌دهد، تعامل می‌کند.

مزایا و چالش‌های استفاده از PLC

• مزایا

انعطاف‌پذیری: PLCها به راحتی قابل برنامه‌ریزی و تغییر هستند، که به کاربران این امکان را می‌دهد که سیستم‌های کنترلی را به سرعت و با دقت تنظیم کنند.

قابلیت اطمینان و دوام: PLCها برای کار در شرایط سخت صنعتی طراحی شده‌اند و دارای ویژگی‌های مقاومتی بالا در برابر نویز، لرزش و دما هستند.

قابلیت گسترش: PLCها به راحتی قابل گسترش و ارتقاء هستند و می‌توانند با افزودن ماژول‌های ورودی/خروجی اضافی، قابلیت‌های جدیدی را اضافه کنند.

• چالش‌ها

هزینه‌های ابتدایی: هزینه‌های اولیه خرید و نصب PLC و تجهیزات مرتبط می‌تواند بالا باشد، که ممکن است برای برخی از صنایع کوچک چالش‌برانگیز باشد.

پیچیدگی برنامه‌نویسی: برنامه‌نویسی PLC ممکن است برای برخی از کاربران مبتدی پیچیده باشد و نیاز به آموزش و تجربه دارد. (دریافت مدرک PLC برای مهاجرت)

ارتباط دوره‌های PLC با سایر رشته‌ها

• صنعت خودروسازی

کنترل فرآیندهای تولید: PLC‌ها در خطوط تولید خودرو برای کنترل و نظارت بر فرآیندهای اتوماتیک، مانند مونتاژ، تست و بازرسی استفاده می‌شوند.

مدیریت سیستم‌های تست: استفاده از PLC‌ها برای کنترل و نظارت بر سیستم‌های تست قطعات خودرو، از جمله تست‌های عملکردی و ایمنی.

• صنعت نفت و گاز

مدیریت فرآیندهای استخراج: PLC‌ها برای کنترل و نظارت بر فرآیندهای استخراج نفت و گاز، شامل مدیریت پمپ‌ها، شیرها و تجهیزات مربوطه استفاده می‌شوند.

کنترل سیستم‌های پالایش: استفاده از PLC برای نظارت و کنترل سیستم‌های پالایش نفت و گاز، از جمله تنظیم دما، فشار و جریان.

• صنعت ساختمان و تأسیسات

مدیریت سیستم‌های HVAC: درواقع PLC‌ها برای کنترل و نظارت بر سیستم‌های گرمایش، تهویه و سرمایش (HVAC) در ساختمان‌های تجاری و صنعتی به کار می‌روند.

کنترل روشنایی و امنیت: استفاده از PLC برای مدیریت سیستم‌های روشنایی و امنیت در ساختمان‌ها، از جمله کنترل نورپردازی، دوربین‌های مداربسته و سیستم‌های هشدار.

• صنعت تولید و بسته‌بندی

کنترل خطوط تولید: PLC‌ها در خطوط تولید و بسته‌بندی برای کنترل و هماهنگی تجهیزات، از جمله نوار نقاله‌ها، دستگاه‌های پرکن و بسته‌بندی استفاده می‌شوند.

مدیریت کیفیت: استفاده از PLC برای نظارت بر کیفیت محصولات تولیدی و کنترل فرآیندهای مرتبط با کنترل کیفیت.

نمونه‌هایی از تأثیر دوره‌های PLC بر افزایش درآمد

برای مثال مهندسان اتوماسیون که دوره‌های PLC را گذرانده‌اند، معمولاً به دلیل توانایی در طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌های پیچیده، می‌توانند در پروژه‌های بزرگ و کلیدی مشارکت کنند و درآمد بالاتری کسب کنند. یا تکنسین‌های مستقل که با سیستم‌های PLC آشنا هستند، می‌توانند پروژه‌های متنوعی از جمله نصب، راه‌اندازی و نگهداری سیستم‌های اتوماسیون را به عهده بگیرند و از این طریق درآمد بیشتری کسب کنند.

درکل، با توجه به گسترش استفاده از اتوماسیون صنعتی در صنایع مختلف، افراد با مهارت‌های PLC قادر به یافتن فرصت‌های شغفی در زمینه‌های مختلف از جمله تولید، نفت و گاز و ساختمان هستند. این دوره‌ها به شرکت‌کنندگان این امکان را می‌دهند که با تکنولوژی‌های جدید آشنا شوند، مهارت‌های تخصصی کسب کنند و به فرصت‌های شغفی و حرفه‌ای بیشتری دست یابند.

نتیجه گیری

PLCها به عنوان ابزارهای کلیدی در اتوماسیون صنعتی، به ویژه در حوزه برق و الکترونیک، با ساختار و عملکرد پیچیده خود به بهبود کارایی و دقت فرآیندها کمک می‌کنند. با استفاده از PLCها، می‌توان به کنترل دقیق و نظارت مؤثر بر فرآیندهای صنعتی دست یافت و بهره‌وری سیستم‌های اتوماسیون را به میزان قابل توجهی افزایش داد. این ابزارها به دلیل انعطاف‌پذیری، قابلیت اطمینان و امکان گسترش، نقش مهمی در صنعت برق و الکترونیک ایفا می‌کنند.

دوره‌های آموزشی PLC  در مجتمع فنی تهران نمایندگی میرداماد، به عنوان ابزاری مهم برای ارتقاء مهارت‌های تخصصی و بهبود عملکرد سیستم‌های اتوماسیون صنعتی شناخته می‌شوند. این دوره‌ها نه‌تنها به مهندسان و تکنسین‌های برق و الکترونیک کمک می‌کنند، بلکه تأثیر قابل توجهی بر سایر رشته‌ها مانند خودروسازی، نفت و گاز، ساختمان و تأسیسات و تولید و بسته‌بندی دارند. با استفاده از این دوره‌ها، متخصصان می‌توانند به‌روز شوند، مهارت‌های جدیدی کسب کنند و فرصت‌های شغفی بیشتری در صنعت اتوماسیون پیدا کنند.

سوالات متداول

• ساختار اصلی PLC چیست و شامل چه اجزایی است؟

واحد پردازش مرکزی (CPU)، واحد ورودی و خروجی (I/O)، منبع تغذیه، واحد ارتباطات

• نحوه عملکرد PLC در کنترل فرآیندهای صنعتی چگونه است؟

PLC سیگنال‌های ورودی را از سنسورها، کلیدها و سایر دستگاه‌های ورودی دریافت می‌کند. این سیگنال‌ها به صورت دیجیتال یا آنالوگ هستند و به واحد پردازش مرکزی ارسال می‌شوند. همچنین پردازنده (CPU) PLC برنامه‌های کنترلی نوشته شده توسط کاربر را اجرا می‌کند. این برنامه‌ها شامل دستورالعمل‌های منطقی، ریاضی و کنترلی هستند که به پردازنده اجازه می‌دهند تصمیمات منطقی بگیرد و به ورودی‌ها و خروجی‌ها پاسخ دهد. پس از پردازش، PLC سیگنال‌های خروجی را به عملگرها، موتورها و تجهیزات کنترلی ارسال می‌کند. این سیگنال‌ها می‌توانند به صورت دیجیتال یا آنالوگ باشند و بر اساس تصمیمات پردازنده اعمال می‌شوند.

• چه روش‌هایی برای عیب‌یابی و نگهداری PLC وجود دارد؟

بررسی وضعیت و ورودی‌ها/خروجی‌ها، بررسی کدهای خطا، استفاده از نرم‌افزارهای تشخیصی، بازرسی فیزیکی