PLC

PLC چیست و چگونه کار می‌کند؟

PLC را می‌توان یک کامپیوتر صنعتی مخصوص کنترل ماشین و فرایند دانست. ورودی‌های PLC وضعیت سنسورها، شستی‌ها، کلیدها، Encoderها و ترانسمیترها را دریافت می‌کنند. CPU این اطلاعات را طبق برنامه پردازش می‌کند و سپس خروجی مناسب را فعال یا غیرفعال می‌کند.

این چرخه به‌صورت پیوسته تکرار می‌شود. سرعت اجرای برنامه یا Scan Time در ماشین‌های سریع اهمیت بیشتری دارد، زیرا PLC باید تغییر وضعیت ورودی‌ها را در زمان مناسب تشخیص دهد و فرمان خروجی را صادر کند.

انواع PLC صنعتی

PLCها را می‌توان از نظر ساختار و نوع کاربرد به چند گروه تقسیم کرد. این تقسیم‌بندی کمک می‌کند قبل از بررسی مدل‌ها و برندهای مختلف، سطح مناسب کنترلر برای پروژه مشخص شود.

PLC کامپکت یا Compact

در Compact PLC معمولاً CPU، Power Supply و تعدادی Digital I/O در یک بدنه قرار دارند. بعضی مدل‌ها Analog I/O، Ethernet یا High-Speed I/O را نیز به‌صورت داخلی ارائه می‌کنند.

این ساختار فضای کمتری در تابلو اشغال می‌کند و برای ماشین‌های مستقل، دستگاه‌های بسته‌بندی، نوار نقاله و سیستم‌های متوسط گزینه مناسبی است. با این حال ظرفیت Expansion در هر خانواده محدودیت مشخصی دارد.

PLC ماژولار یا Modular

در PLC ماژولار، CPU، Power Supply، Digital I/O، Analog I/O و Communication Module به‌صورت جداگانه انتخاب می‌شوند. این ساختار برای پروژه‌هایی مناسب است که تعداد I/O زیاد است یا توسعه سیستم در آینده اهمیت دارد.

سیستم‌های ماژولار می‌توانند از Base، Rack و Remote I/O استفاده کنند و در سطح‌های بالاتر امکاناتی مانند Redundancy و Hot Swap ارائه دهند. نوع دقیق این امکانات به برند و خانواده PLC وابسته است.

ورودی و خروجی PLC

تعداد I/O یکی از اصلی‌ترین پارامترهای انتخاب PLC است، اما تنها تعداد کل نقاط کافی نیست. Digital Input، Digital Output، Analog Input و Analog Output باید به‌صورت جداگانه محاسبه شوند.

در پروژه‌هایی که Encoder، Servo یا سنسورهای سریع وجود دارند، High-Speed Counter و High-Speed Input نیز باید بررسی شوند. برای کنترل Servo و Stepper از طریق Pulse نیز تعداد محور و فرکانس خروجی اهمیت دارد.

خروجی Relay یا Transistor؟

خروجی Relay برای سوئیچ‌کردن بارهای عمومی کاربرد زیادی دارد، اما برای تولید Pulse پرسرعت مناسب نیست. خروجی Transistor سرعت بالاتری دارد و در پروژه‌های Positioning و کنترل Stepper یا Servo بیشتر استفاده می‌شود.

در خروجی‌های Transistor باید NPN یا PNP بودن نیز بررسی شود. نوع خروجی PLC باید با ورودی Drive، Servo یا سایر تجهیزات متصل سازگار باشد.

ورودی و خروجی آنالوگ PLC

برای اندازه‌گیری متغیرهایی مانند فشار، دما، سطح، جریان و سرعت معمولاً از Analog Input استفاده می‌شود. Analog Output نیز می‌تواند برای ارسال فرمان پیوسته به اینورتر، کنترلر یا سایر تجهیزات استفاده شود.

سیگنال‌هایی مانند 0–10V و 4–20mA در صنعت رایج هستند، اما Range، Resolution و نوع Wiring باید از مشخصات همان CPU یا Analog Module بررسی شود. هر ورودی آنالوگ الزاماً تمام Rangeهای استاندارد را پشتیبانی نمی‌کند.

ارتباط PLC با HMI، اینورتر و تجهیزات صنعتی

PLC معمولاً به‌تنهایی کار نمی‌کند و باید با HMI، VFD، Servo Drive، Remote I/O، SCADA و سایر کنترلرها ارتباط داشته باشد. نوع شبکه یکی از عوامل مهم در انتخاب CPU است.

وجود پورت Ethernet روی PLC به معنی پشتیبانی از تمام پروتکل‌های صنعتی مبتنی بر Ethernet نیست. Modbus TCP، EtherNet/IP، PROFINET و EtherCAT پروتکل‌های متفاوتی هستند و باید پروتکل مورد نیاز پروژه مشخص شود.

Motion Control و Positioning با PLC

برخی PLCها علاوه بر کنترل منطقی می‌توانند Servo و Stepper را نیز کنترل کنند. در سیستم ساده، فرمان Positioning می‌تواند از طریق Pulse و Direction ارسال شود.

در سیستم‌های پیشرفته‌تر از شبکه‌هایی مانند CANopen یا EtherCAT برای Motion Control استفاده می‌شود. قابلیت‌هایی مانند Homing، Positioning، Interpolation، Electronic Gear و E-Cam بسته به خانواده کنترلر در دسترس هستند.

اگر پروژه چند Servo Axis با Synchronization دقیق دارد، بهتر است به‌جای انتخاب PLC عمومی فقط بر اساس تعداد Pulse Output، Motion PLC یا Motion Controller مناسب بررسی شود.

زبان‌های برنامه‌نویسی PLC

نرم‌افزار و زبان برنامه‌نویسی به برند و خانواده PLC وابسته است. Ladder Diagram یا LD یکی از شناخته‌شده‌ترین زبان‌های PLC است و ساختاری نزدیک به مدارهای رله‌ای دارد.

در PLCهای پیشرفته‌تر زبان‌هایی مانند Structured Text، Function Block Diagram و Sequential Function Chart نیز استفاده می‌شوند. هنگام تعویض برند یا خانواده PLC، سازگاری برنامه و تجربه تیم برنامه‌نویسی اهمیت زیادی دارد.

برندهای PLC

PLC توسط تولیدکنندگان مختلف اتوماسیون صنعتی عرضه می‌شود و هر برند چند خانواده برای سطح‌های مختلف پروژه دارد. در آوا الکتریک می‌توان PLCها را بر اساس برند، سری، ساختار و کاربرد مورد نیاز بررسی کرد.

راهنمای خرید PLC

در خرید PLC بهتر است ابتدا مشخصات پروژه جمع‌آوری شود و سپس مدل انتخاب شود. خرید CPU بسیار قوی‌تر از نیاز همیشه مزیت ایجاد نمی‌کند و انتخاب کنترلر ضعیف نیز می‌تواند هنگام توسعه ماشین محدودیت ایجاد کند.

1. تعداد I/O را مشخص کنید: تعداد DI، DO، AI، AO و ورودی‌های تخصصی را جداگانه محاسبه کنید.
2. نوع خروجی را انتخاب کنید: Relay، NPN یا PNP باید با تجهیزات خروجی سازگار باشد.
3. ظرفیت برنامه و سرعت را بررسی کنید: حجم منطق، محاسبات و Cycle Time مورد نیاز ماشین اهمیت دارد.
4. شبکه را مشخص کنید: RS-485، Ethernet، CANopen، EtherCAT یا سایر پروتکل‌های پروژه از ابتدا تعیین شوند.
5. Analog را بررسی کنید: تعداد Channel، نوع Signal و Resolution مورد نیاز مشخص شود.
6. Motion را تعیین کنید: تعداد Servo Axis، نوع Positioning و نیاز به Synchronization روی انتخاب PLC اثر مستقیم دارد.
7. توسعه آینده را پیش‌بینی کنید: ظرفیت Expansion فقط بر اساس نیاز روز اول پروژه انتخاب نشود.
8. نرم‌افزار را بررسی کنید: تجربه تیم فنی و امکان نگهداری برنامه در آینده اهمیت زیادی دارد.

تجهیزات جانبی PLC

یک سیستم PLC معمولاً علاوه بر CPU به تجهیزات جانبی نیز نیاز دارد. در PLCهای Modular حتی Power Supply و Base نیز بخشی از انتخاب سیستم هستند.

نصب PLC در تابلو برق

ولتاژ تغذیه PLC باید از روی کد دقیق CPU بررسی شود. بعضی CPUها با 24VDC کار می‌کنند و برخی خانواده‌ها مدل‌های AC نیز دارند. اتصال اشتباه تغذیه می‌تواند به CPU یا ماژول‌ها آسیب بزند.

کابل‌های Analog، Encoder و شبکه بهتر است از کابل موتور، خروجی VFD و مدارهای قدرت فاصله داشته باشند. Grounding، Shielding و مسیر صحیح کابل‌ها در کاهش نویز و خطاهای ارتباطی اهمیت دارند.

در PLCهای Modular نیز ظرفیت Power Supply، ترتیب Moduleها، محدودیت Expansion و Bus داخلی باید مطابق Manual سازنده بررسی شوند.

قیمت PLC

قیمت PLC به برند، خانواده CPU، تعداد I/O، حافظه، سرعت پردازش، نوع خروجی، شبکه و قابلیت Motion بستگی دارد. به همین دلیل نمی‌توان قیمت یک PLC Compact اقتصادی را مستقیماً با یک CPU ماژولار یا Motion Controller مقایسه کرد.

هزینه واقعی پروژه فقط قیمت CPU نیست. ماژول‌های I/O، Power Supply، Base، Communication Module، کابل، Remote I/O و تجهیزات جانبی نیز باید در BOM سیستم محاسبه شوند.

خرید PLC برای پروژه جدید یا جایگزینی

در پروژه جدید، انتخاب PLC باید از نیازهای فنی ماشین شروع شود. اما در پروژه جایگزینی، علاوه بر سخت‌افزار باید برنامه موجود، Addressها، شبکه، HMI، VFD و Servoهای متصل نیز بررسی شوند.

اگر PLC قدیمی یا متوقف‌شده است، پیدا کردن یک CPU مشابه همیشه بهترین تصمیم نیست. در بعضی پروژه‌ها مهاجرت به نسل جدید از نظر دسترسی به قطعات، نرم‌افزار و توسعه آینده اقتصادی‌تر خواهد بود.

سوالات متداول خرید PLC