دانلود مقاله Plc

word قابل ویرایش
165 صفحه
17700 تومان

ساختار PLC

۱-۱- PLC
PLC از عبارتProgrammable Logic Controller به معنای کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی گرفته شده است. PLC کنترل کننده ای نرم افزاری است که در قسمت ورودی اطلاعاتی را به صورت باینری دریافت، و آنها را طبق برنامه ای که در حافظه اش ذخیره شده پردازش می نماید و نتیجه عملیات را نیز از قسمت خروجی به صورت فرمانهایی به گیرنده ها و اجرا کننده های فرمان (Actuator) ارسال می کند.

به عبارت دیگر PLC عبارت از یک کنترل کننده منطقی است که می توان منطق کنترل را توسط برنامه برای آن تعریف نمود و در صورت نیاز، به راحتی آن را تغییر داد.
وظیفه PLC قبلاً بر عهده مدارهای فرمان رله ای بود که استفاده از آنها در محیط های صنعتی جدید منسوخ گردیده است. اولین اشکالی که در این مدارها ظاهر می شود آن است که با افزایش تعداد رله ها حجم و وزن مدار فرمان، بسیار بزرگ شده، همچنین موجب افزایش قیمت آن می گردد. برای رفع این اشکال، مدارهای فرمان الکترونیکی ساخته شدند ولی با وجود این، هنگامی که تغییری بر روند یا عملکرد ماشین صورت می گیرد مثلاً در یک دستگاه پرس، ابعاد، وزن، سختی و زمان قرار گرفتن قطعه زیر بازوی پرس تغییر می کند، لازم است تغییرات بسیاری در سخت افزار سیستم کنترل داده شود. به عبارت دیگر اتصالات و عناصر مدار فرمان باید تغییر کند.

با استفاده ازPLC تغییر در روند تولید یا عملکرد ماشین به آسانی صورت می پذیرد، زیرا دیگر لازم نیست سیم کشی ها (Wiring) و سخت افزار سیستم کنترل تغییر کند و تنها کافی است چند سطر برنامه نوشت و به PLC ارسال کرد تا کنترل مورد نظر تحقق یابد.

از طرف دیگر قدرت PLC در انجام عملیات منطقی، محاسباتی، مقایسه ای و نگهداری اطلاعات به مراتب بیشتر از تابلو های فرمان معمولی است. PLC به طراحان سیستم کنترل این امکان را می دهد که آنچه را در ذهن دارند در اسرع وقت بیازمایند و به ارتقای محصول خود بیندیشند، کاری که در سیستم های قدیمی مستلزم صرف هزینه و به خصوص زمان است و نیاز به زمان، گاهی باعث می شود که ایده مورد نظر هیچ گاه به مرحله عمل در نیاید.

هر کس با مدارهای فرمان الکتریکی رله ای کار کرده باشد به خوبی می داند که پس از طراحی یک تابلوی فرمان، چنانچه نکته ای از قلم افتاده باشد، مشکلات مختلفی ظهور نموده، هزینه ها و اتلاف وقت بسیاری را به دنبال خواهد داشت.

بعلاوه گاهی افزایش و کاهش چند قطعه در تابلوی فرمان به دلایل مختلف مانند محدودیت فضا، عملاً غیر ممکن و یا مستلزم انجام سیم کشی های مجدد و پرهزینه می باشد.
اکنون برای توجه بیشتر به تفاوت ها و مزایای PLC نسبت به مدارات فرمان رله ای مزایای مهم PLCرا نسبت به مدارات یاد شده بر می شماریم.
۱- استفاده ازPLC موجب کاهش حجم تابلوی فرمان می گردد.

۲- استفاده از PLC مخصوصاً در فرآیندهای عظیم موجب صرفه جویی قابل توجه ای در هزینه، لوازم و قطعات می گردد.
۳- PLC ها استهلاک مکانیکی ندارند، بنابراین علاوه بر عمر بیشتر، نیازی به تعمیرات و سرویس های دوره ای نخواهند داشت.
۴- PLC ها انرژی کمتری مصرف می کنند.

۵- PLC ها برخلاف مدارات رله کنتاکتوری، نویزهای الکتریکی و صوتی ایجاد نمی کنند.
۶- استفاده از یک PLC منحصر به پروسه و فرآیند خاصی نیست و با تغییر برنامه می توان به آسانی از آن برای کنترل پروسه های دیگر استفاده نمود.
۷- طراحی و اجرای مدارهای کنترل و فرمان با استفاده از PLC ها بسیار سریع و آسان است .

۸- برای عیب یابی مدارات فرمان الکترومکانیکی، الگوریتم و منطق خاصی را نمی توان پیشنهاد نمود. این امر بیشتر تجربی بوده، بستگی به سابقه آشنایی فرد تعمیرکار با سیستم دارد. در صورتی که عیب یابی در مدارات فرمان کنترل شده توسط PLC به آسانی و با سرعت بیشتری انجام می گیرد.
۹- PLC ها می توانند با استفاده از برنامه های مخصوص، وجود نقص و اشکال در پروسه تحت کنترل را به سرعت تعیین و اعلام نمایند.
در جدول ۱-۱ مزایای PLC نسبت به مدارات فرمان رله ای و همچنین مدارهای منطقی الکترونیکی و کامپیوتر برشمرده شده است .

جدول ۱-۱ : مزایای PLC نسبت به کنترل کننده های دیگر
کامپیوتر مدارهای منطقی الکترونیکی مدارهای رله ای PLC
قیمت با توجه به عملکرد گران قیمت ارزان نسبتاً ارزان ارزان
حجم و ابعاد نسبتاً کوچک خیلی کوچک بزرگ و حجیم خیلی کوچک

سرعت کنترل خیلی سریع نسبتاً سریع کند خیلی سریع
نویز الکتریکی کاملاً خوب خوب عالی خوب
نصب و بهره برداری برنامه نویسی مشکل است طراحی مشکل است طراحی و نصب مشکل است نصب و برنامه نویسی ساده است
توانایی محاسبات پیچیده را دارد؟ آری خیر خیر آری
تغییر نحوه کنترل و ایجاد تغییرات آسان مشکل خیلی مشکل بسیار آسان

۱-۲- تفاوت PLC با کامپیوتر
استفاده از کامپیوتر معمولی مستلزم آموزش های نسبتاً طولانی، صرف وقت و هزینه های بسیار است. چنانچه کنترل فرآیندی مورد نظر باشد استفاده از کامپیوترهای معمولی به مراتب پیچیده تر و در اغلب موارد عملاً ناممکن می شود. علاوه بر آن برای انطباق کامپیوتر با فرآیند مورد نظر، طراحی، ساخت و یا لااقل بررسی و خرید تجهیزات خاص برای انطباق، کاری طاقت فرسا است.

بسیاری از صنعتگران نیاز به یادگیری سیستم های اتومکانیک را عملاً احساس نموده و دریافته اند که تولید بدون به کارگیری اتوماسیون، اقتصادی نمی باشد. از طرف دیگر، صنعتگران آموزش های مبسوط به این شاخه از صنعت را در محدوده وظایف خود نمی دانند.
PLC وسیله ای است که درست به همین دلایل ساخته شده و اتوماسیون را با کمترین هزینه و به بهترین شکل ممکن در اختیار قرار می دهد. استفاده از PLC بسیار ساده بوده، نیاز به آموزش های مفصل، طولانی و پرهزینه ندارد.

از آنجایی که این وسیله به منظور پاسخگویی به کاربردهای صنعتی طراحی شده است، تمامی مسائل مربوط به آن حل شده، هیچ مشکلی در راه استفاده از آن وجود ندارد. طراحان خطوط تولید با بهره گیری از این وسیله قابل انعطاف به سرعت می توانند نیازمندیهای مصرف کنندگان خود را تأمین و در اسرع وقت توانایی های خود را با نیازمندیهای بازار هماهنگ نمایند.

از شرکت های سازنده PLC می توانSIEMENS ،AEG ،OMRON ، ALLEN BRADLEY، MITSUBISHI و … را نام برد. گرچه از عرضه PLC توسط سازندگان مختلف چند ده سالی می گذرد و در ماشین آلات و خطوط تولید خریداری شده از خارج کشور نیز به وفور مشاهده می شود، استفاده از این وسیله بسیار قابل انعطاف توسط طراحان و ماشین سازان داخلی کمتر به چشم می خورد. از جمله عواملی که موجب تأخیر در بهره برداری از PLC توسط طراحان داخلی گردیده است عبارتند از :

۱٫ ارتباط مشکل با منابع تأمین کننده خارجی.
۲٫ عدم دسترسی به موقع به اطلاعات سیستم ها.
۳٫ عدم پشتیبانی مؤثر سازندگان از تجهیزات فروخته شده خود.
۴٫ هزینه بالای تجهیزات خارجی.
۵٫ هزینه بالای آموزش در خارج از کشور.

شرکت های داخلی نیز با توجه به مشکلات یاد شده و برای پر کردن خلاء موجود اقدام به طراحی و ساخت چند نوع PLCنموده اند. PLC های مذکور، کلیه امکانات استاندارد PLC های متداول را داشته، از نمونه های خارجی با قابلیت های مشابه ارزانتر اند. این PLC ها به خوبی آزمایش گردیده، از پشتیبانی کامل آموزش و خدمات پس از فروش برخوردار می باشند.
از شرکتهای داخلی تولید کنندهPLC و سیستم های اتوماسیون می توان شرکت کنترونیک را نام برد. این شرکت با به کارگیری دانش متخصصین داخلی اقدام به تولید چندین سیستم PLC با قابلیت های متفاوت جهت استفاده در صنایع مختلف و کاربردهای متنوع نموده است.

این شرکت همچنین مبتکر زبان برنامه نویسی خاصی جهت سیستم های PLC تولید شده می باشد که بسیار شبیه به زبان برنامه نویسی ابداع شده توسط شرکتSIEMENS یعنیSTEP 5 است. PLCیاد شده با نمونه های خارجی مشابه خود به خوبی رقابت می کند.
امروزه کاربرد PLC های ساخت شرکت زیمنس در سراسر دنیا گسترش یافته، این نوع PLC بیش از هر PLC دیگری در صنایع مختلف به چشم می خورد. زبان برنامه نویسی این شرکت همانطور که اشاره شد STEP 5 و STEP 7 می باشد. همچنین این زبانها بسیار شبیه به زبان ابداع شده توسط شرکت کنترونیک یعنی CSTL بوده، و تفاوت این دو زبان برنامه نویسی تنها در چند مورد جزئی است.

لازم به ذکر است که اصول کلی زبانهای برنامه نویسی مختلف تقریباً یکسان بوده، و کاربر می تواند با یادگیری یکی از زبانهای مذکور، سایر زبانها را به آسانی درک و از آنها استفاده نماید.

سازندگان سیستم PLC برای برنامه نویسی سیستم های خود، هر یک از زبان منحصر به فردی استفاده می نمایند که از نظر اصولی همگی تابع یک سری قوانین منطقی و کلی بوده، تنها تفاوت آنها در ساختار برنامه نویسی و نمادهای استفاده شده است.
از زبانهای ابداع شده توسط سازندگان PLC میتوان S5، S7، FST، OMRON، CSTL، ALLEN BRADLEY و … را نام برد.

۱-۳- کاربرد PLC در صنایع مختلف
امروزه کاربرد PLC در صنایع و پروسه های مختلف صنعتی به وفور به چشم می خورد. در زیر تعدادی از این کاربردها آورده شده است.
_ صنایع اتومبیل سازی_شامل : عملیات سوراخ کاری اتوماتیک، اتصال قطعات و همچنین تست قطعات و تجهیزات اتومبیل، سیستم های رنگ پاش، شکل دادن بدنه به وسیله پرس های اتوماتیک و …

_ صنایع پلاستیک سازی_شامل : ماشین های ذوب و قالب گیری تزریقی، دمش هوا و سیستم های تولید و آنالیز پلاستیک و …
_ صنایع سنگین_شامل : کوره های صنعتی، سیستم های کنترل دمای اتوماتیک، وسایل و تجهیزاتی که در ذوب فلزات استفاده می شوند و…
_ صنایع شیمیایی_شامل : سیستم های مخلوط کننده، دستگاههای ترکیب کننده مواد با نسبت های متفاوت و …
_ صنایع غذایی_شامل : سیستم های سانتریفوژ، سیستم های عصاره گیری و بسته بندی و…
_ صنایع ماشینی_شامل : صنایع بسته بندی، صنایع چوب، صنایع کاغذ و مقوا، سیستم های سوراخ کاری، سیستم های اعلام خطر و هشدار دهنده، سیستم های استفاده شده در جوش فلزات و…

_ خدمات ساختمانی_شامل : تکنولوژی بالابری (آسانسور)، کنترل هوا و تهویه مطبوع، سیستم های روشنایی خودکار و…
_ سیستم های حمل و نقل_شامل : جرثقیل ها، سیستم های نوار نقاله، تجهیزات حمل و نقل و…
_ صنایع تبدیل انرژی (برق، گاز و آب)_شامل : ایستگاههای تقویت فشار گاز، ایستگاههای تولید نیرو، کنترل پمپ های آب، سیستم های تصفیه آب و هوای صنعتی، سیستم های تصفیه و بازیافت گاز و …

۱-۴- سخت افزار PLC
از لحاظ سخت افزاری می توان قسمت های تشکیل دهنده یک سیستم PLC را به صورت زیر تقسیم نمود :
۱ – واحد منبع تغذیه (Power Supply) PS
2 – واحد پردازش مرکزی (Central Processing Unit) CPU
3 – حافظه (Memory)

۴ – ترمینال های ورودی (Input Module)
5 – ترمینال های خروجی (Output Module)
6 – مدول ارتباط پروسسوری (Communication Processor) CP
7 – مدول رابط (Interface Module) IM

۱-۴-۱- مدول منبع تغذیه (PS)
منبع تغذیه ولتاژ های مورد نیاز PLC را تأمین می کند. این منبع معمولاً از ولتاژهای ۲۴ ولت DC و ۱۱۰ یا ۲۲۰ ولت AC، ولتاژ ۵ ولت DC را ایجاد می کند. لازم به ذکر است که ولتاژ منبع تغذیه باید کاملاً تنظیم شده (رگوله) باشد. جهت دستیابی به راندمان بالا معمولاً از منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می شود. ولتاژی که در اکثر PLC ها استفاده می گردد ولتاژ ۵ یا ۲/۵ ولتDC است. (در برخی موارد، منبع تغذیه و واحد کنترل شونده در فاصله زیادی نسبت به یکدیگر قرار دارند بنابراین ولتاژ منبع، ۲/۵ ولت انتخاب می شود تا افت ولتاژ حاصل از بُعد مسافت بین دو واحد مذکور جبران گردد.)

برای تغذیه رله ها و محرک ها(Actuator) معمولاً از ولتاژ ۲۴ ولتDC به صورت مستقیم (بدون استفاده از هیچ کارت ارتباطی) استفاده می شود. در برخی موارد نیز از ولتاژهای ۱۱۰ یا ۲۲۰ ولت AC با استفاده از یک کارت رابط به نام Relay Board استفاده می گردد. (در مورد تغذیه رله ها احتیاج به رگولاسیون دقیق نیست.)

در برخی شرایطِ کنترلی لازم است تا در صورت قطع جریان منبع تغذیه، اطلاعات موجود در حافظه و همچنین محتویات شمارنده ها، تایمر ها و فلگ های پایدار بدون تغییر باقی بمانند. در این موارد از یک باطری جنس”Lithium” جهت حفظ برنامه در حافظه استفاده می گردد که به آن”Battery Back Up” می گویند. ولتاژ این نوع باطری ها معمولاً ۸/۲ ولت تا ۶/۳ ولت می باشد. از آنجایی که این باطری نقش مهمی در حفظ اطلاعات موجود در حافظه دارد در اکثر PLC ها یک چراغ نشان دهنده تعبیه شده و در صورتیکه ولتاژ باطری به سطحی پائین تر از مقدار مجاز ۸/۲ ولت برسد این نشان دهنده روشن می گردد. این نشان دهنده به Battery Low LED معروف است. در صورت مشاهده روشن شدن این نشان دهنده لازم است که باطری مذکور تعویض گردد. برای تعویض باطری ابتدا باید به وسیله یک منبع تغذیه، ولتاژ مدول مورد نظر را تأمین و سپس اقدام به تعویض باطری نمود.

 

۱-۴-۲- واحد پردازش مرکزی (CPU)
CPU یا واحد پردازش مرکزی در حقیقت قلب PLC است. وظیفه این واحد، دریافت اطلاعات از ورودی ها، پردازش این اطلاعات مطابق دستورات برنامه و صدور فرمانهایی است که به صورت فعال یا غیر فعال نمودن خروجی ها ظاهر می شود. واضح است که هر چه سرعت پردازش CPU بالاتر باشد زمان اجرای یک برنامه کمتر خواهد بود.

۱-۴-۳- حافظه (Memory)
حافظه محلی است که اطلاعات و برنامه کنترل در آن ذخیره می شوند. علاوه بر این، سیستم عامل که عهده دار مدیریت کلی بر PLC است در حافظه قرار دارد. تمایز در عملکرد PLC ها، عمدتاً به دلیل برنامه سیستم عامل و طراحی خاص CPU آنهاست. در حالت کلی در PLC ها دو نوع حافظه وجود دارد :
۱- حافظه موقت (RAM) که محل نگهداری فلگ ها، تایمر ها، شمارنده ها و برنامه های کاربر است.
۲- حافظه دائم (EPROM،EEPROM ) که جهت نگهداری و ذخیره همیشگی برنامه کاربر استفاده می گردد.

 

۱-۴-۴- ترمینال ورودی (Input Module)
این واحد، محل دریافت اطلاعات از فرایند یا پروسه تحت کنترل می باشد. تعداد ورودی ها در PLC های مختلف، متفاوت است. ورودی هایی که در سیستم های PLC مورد استفاده قرار می گیرند در حالت کلی به صورت زیر می باشند :
الف) ورودی های دیجیتال (Digital Input)
ب) ورودی های آنالوگ (Analog Input)

الف) ورودی های دیجیتال یا گسسته
این ورودی ها معمولاً به صورت سیگنال های صفر یا ۲۴ ولت DC می باشند، گاهی برای پردازش توسط CPU به تغییر سطح ولتاژ نیاز دارند. معمولاً برای این عمل مدول هایی خاص در PLC در نظر گرفته می شود. جهت حفاظت مدارات داخلی PLC از خطرات ناشی از اشکالات بوجود آمده در مدار یا برای جلوگیری از ورود نویزهای موجود در محیط های صنعتی ارتباط ورودی ها با مدارات داخلی PLC توسط کوپل کننده های نوری (Optical Coupler) انجام می گیرد. به دلیل ایزوله شدن ورودی ها از بقیه اجزای مدار داخلی PLC، هر گونه اتصال کوتاه و یا اضافه ولتاژ نمی تواند آسیبی به واحد داخلی PLC وارد آورد.

ب) ورودی های آنالوگ یا پیوسته
این گونه ورودی ها در حالت استانداردVDC 10± – ۰، mA 20 – 4 و یا mA 20 – 0 بوده، مستقیماً به مدول های آنالوگ متصل می شوند. مدول های ورودی آنالوگ، سیگنال های دریافتی پیوسته (آنالوگ) را به مقادیر دیجیتال تبدیل نموده، سپس مقادیر دیجیتال حاصل توسط CPU پردازش می شوند.

۱-۴-۵- ترمینال خروجی (Output Module)
این واحد، محل صدور فرمانهای PLC به پروسه تحت کنترل می باشد. تعداد این خروجی ها در PLC های مختلف متفاوت است. خروجی های استفاده شده در PLC ها به دو صورت زیر وجود دارند :

الف) خروجی های دیجیتال ((Digital Output
ب) خروجی های آنالوگ ( Output Analog)

الف) خروجی های دیجیتال یا گسسته
این فرمانهای خروجی به صورت سیگنالهای ۰ یا ۲۴ ولت DC بوده که در خروجی ظاهر می شوند، بنابراین هر خروجی از لحاظ منطقی می تواند مقادیر”۰″ (غیر فعال) یا”۱″ (فعال) را داشته باشد. این سیگنال ها به تقویت کننده های قدرت یا مبدل های الکتریکی ارسال می شوند تا مثلاً ماشینی را به حرکت درآورده (فعال نمایند) یا آن را از حرکت باز دارند. (غیر فعال نمایند) در برخی موارد استفاده از مدول خروجی دیجیتال جهت رسانیدن سطوح سیگنال های داخلی PLC به سطوح ۰ یا ۲۴ ولت DC الزامی است.

ب) خروجی های آنالوگ یا پیوسته
سطوح ولتاژ و جریان استاندارد خروجی می تواند یکی از مقادیرVDC 10±-۰، mA 20-4 و یاmA 20-0 باشد. معمولاً مدول های خروجی آنالوگ، مقادیر دیجیتال پردازش شده توسط CPU را به سیگنال های پیوسته (آنالوگ) مورد نیاز جهت پروسه تحت کنترل تبدیل می نمایند. این خروجی ها به وسیله واحدی به نام Isolator از سایر قسمتهای داخلی PLC ایزوله می شوند. بدین ترتیب مدارات حساس داخلی PLC از خطرات ناشی از امکان بروز اتصالات ناخواسته خارجی محافظت می گردند.

۱-۴-۶- مدول ارتباط پروسسوری (CP)
این مدول، ارتباط بین CPU مرکزی را با CPU های جانبی برقرار می سازد.

۱-۴-۷- مدول رابط (IM)
درصورت نیاز به اضافه نمودن واحد های دیگر ورودی و خروجی به PLC یا جهت اتصال پانل اپراتوری و پروگرامر به PLC از این مدول ارتباطی استفاده می شود. درصورتیکه چندین PLC به صورت شبکه به یکدیگر متصل شوند از واحد IM جهت ارتباط آنها استفاده می گردد.
در شکل ۱-۱ شمای کلی یک PLC نشان داده شده است.

شکل ۱-۱٫ شمای کلی یک PLC و قسمت های مختلف آن

در شکل ۱-۲ نحوه ارتباط CPU با سایر قسمت های PLC نشان داده شده است.

شکل ۱-۲٫ نحوه ارتباط CPU با سایر قسمت های PLC

در ادامه بحث به توضیح در مورد برخی از مفاهیم موجود در شکل ۱-۲ خواهیم پرداخت.

۱-۵- تصویر ورودی ها (PII)
قبل از اجرای برنامه، CPU وضعیت تمام ورودی ها را بررسی و در قسمتی از حافظه به نام PII (Process Input Image) نگهداری می نماید. جز در موارد استثنایی و تنها در بعضی از انواع PLC، غالباً در حین اجرای برنامه،CPU به ورودی ها مراجعه نمی کند بلکه برای اطلاع از وضعیت هر ورودی به سلول مورد نظر در PII رجوع می کند. در برخی موارد این قسمت از حافظه، IIR (Input Image Register) نیز خوانده می شود.

۱-۶- تصویر خروجی ها (PIO)
هرگاه در حین اجرای برنامه یک مقدار خروجی بدست آید، در این قسمت از حافظه نگهداری می شود. جز در موارد استثنایی و تنها در برخی از انواع PLC، غالباً در حین اجرای برنامه، CPU به خروجی ها مراجعه نمی کند بلکه برای ثبت آخرین وضعیت هر خروجی به سلول مورد نظر در PIO (Process Image Output) رجوع می کند و در پایان اجرای برنامه، آخرین وضعیت خروجی ها از PIO به خروجی های فیزیکی منتقل می گردند. در برخی موارد این قسمت از حافظه را OIR (Output Image Register) نیز می گویند.

۱-۷- فلگ ها، تایمر ها و شمارنده ها
هر CPUجهت اجرای برنامه های کنترلی از تعدادی تایمر، فلگ و شمارنده استفاده می کند. فلگ ها محل هایی از حافظه اند که جهت نگهداری وضعیت برخی نتایج و یا خروجی ها استفاده می شوند. جهت شمارش از شمارنده و برای زمان سنجی از تایمر استفاده می گردد. فلگ ها، تایمر ها و شمارنده ها را از لحاظ پایداری و حفظ اطلاعات ذخیره شده می توان به دو دسته کلی تقسیم نمود.

۱- پایدار (Retentive) به آن دسته از فلگ ها، تایمر ها و شمارنده هایی اطلاق می گردد که در صورت قطع جریان الکتریکی (منبع تغذیه) اطلاعات خود را از دست ندهند.
۲- ناپایدار (Non-Retentive) این دسته برخلاف عناصر پایدار، در صورت قطع جریان الکتریکی تغذیه، اطلاعات خود را از دست می دهند.
تعداد فلگ ها، تایمر ها و شمارنده ها در PLC های مختلف متفاوت می باشد اما تقریباً در تمامی موارد قاعده ای کلی جهت تشخیص عناصر پایدار و ناپایدار وجود دارد.
فرض کنید که در یک نوع PLC خاص تعداد فلگ ها، تایمر ها و شمارنده ها به ترتیب mو n و pباشد. تعداد عناصر پایدار و ناپایدار با یکدیگر برابر است. بنابراین تعداد این عناصر به ترتیب و و می باشد. المان های که شماره آنها از مقادیر نصف یعنی و و کوچکتر باشد پایدار و بقیه، عناصر ناپایدار هستند. به طور کلی می توان گفت که نیمه اول این عناصر، پایدار و نیمه دوم ناپایدار می باشد.
فرض کنید که در یک نوع PLC، ۱۶ شمارنده (C0-C15) تعریف شده باشد بنا بر قاعده مذکور شمارنده های C0-C7 همگی پایدار و شمارنده های C8-C15 ناپایدار می باشند.

۱-۸- انبارک یا اَکومولاتور (ACCUM)
انبارک یا اکومولاتور یک ثبات منطقی است که جهت بارگذاری یا به عبارت دیگر بار نمودن اطلاعات استفاده می گردد. از این ثبات جهت بارگذاری اعداد ثابت در تایمر ها، شمارنده ها، مقایسه گرها و … استفاده می شود.

۱-۹- گذر گاه عمومی ورودی / خروجی (I/O bus)
همان گونه که قبلاً ذکر شد وظیفه پردازش اطلاعات در PLC بر عهده CPU است. بنابراین برای اجرای برنامه بایستی CPU با ورودی ها، خروجی ها و سایر قسمتهای PLC در ارتباط بوده، با آنها تبادل اطلاعات داشته باشد. سیستمی که مرتبط کننده CPU با قسمتهای دیگر است bus نامیده می شود. این سیستم توسط CPU اداره می شود و در حقیقت علت کاهش چشمگیر اتصالات در PLC به دلیل وجود همین سیستم می باشد. سیستم bus از سه بخش زیر تشکیل شده است.

۱- باس داده (Data bus )
2- باس آدرس (Address bus )
3- باس کنترل (Control bus)

مشخصات سیستم باس بستگی به نوع CPU مورد استفاده و حجم کلی حافظه دارد. مثلاً برای پردازشZ80 باس داده دارای ۸ خط ارتباطی است که ارسال و دریافت هشت بیت یا یک بایت اطلاعات را امکان پذیر می سازد. بنابراین ورودیها، خروجیها و حافظه ها بایستی در دسته های هشت بیتی یا یک بایتی سازماندهی شوند.
هر بایت اطلاعات بایستی آدرس منحصر به فردی داشته باشد، هر گاه CPU بخواهد اطلاعاتی را با بایت بخصوصی رد و بدل نماید با استفاده از آدرس منحصر به فرد آن بایت این تبادل اطلاعات امکان پذیر می گردد. وقتی تمام امکانات CPU با بایت مورد نظر از لحاظ آدرس و خط ارتباطی فراهم شد CPU توسط باس کنترل، جهت حرکت و زمان رد و بدل اطلاعات را سازمان دهی می کند.

۱-۱۰- روشهای مختلف آدرس دهی
جهت آدرس دهی معمولاً از سه روش زیر استفاده می شود.
۱- :Fixed Address در این روش تمام ورودی ها و خروجی ها دارای آدرس ثابتی می باشند.

۲- :Slot Address در این روش، آدرس دهی قابل تغییر می باشد و این تغییر آدرس توسط شیارهای مورد نظر و فیش های زائده دار انجام می گیرد.
۳-:Flexible Address در این روش آدرس دهی که قابل تغییر نیز می باشد سوئیچ هایی (دیپ سوئیچ) در نظر گرفته شده که با استفاده از آنها می توان آدرس دهی را تغییر داد.
حال که با سخت افزار سیستم های PLC آشنا شدیم به بررسی نرم افزار آن می پردازیم.

۱-۱۱- نرم افزار PLC
در PLC ها سه نوع نرم افزار قابل تعریف است:
۱- نرم افزاری که کارخانه سازنده با توجه به توان سخت افزاری سیستم تعریف می کند که به آن Operating System یا به اختصار OS گویند. مثلاً در PLC زیمنس مدلU 100 تعداد ۱۶ تایمر (T0-T15) تعریف شده است و اگر در برنامه نویسی از تایمر شماره ۱۸ یعنی T18 استفاده شود سیستم عامل دستور مذکور را به عنوان یک دستور اشتباه قلمداد کرده، برنامه اجرا نخواهد شد. لازم به ذکر است که این نرم افزار ثابت بوده، قابل تغییر نمی باشد بنابراین از نوع فقط خواندنی است و معمولاً در EPROM یا EEPROM ذخیره می شود.

۲- نرم افزاری که برنامه نوشته شده توسط استفاده کننده (user) را به زبان قابل فهم ماشین تبدیل می نماید. این برنامه منحصر به کارخانه سازنده بوده، نام خاصی نیز دارد. معروف ترین و پر کاربردترین این نرم افزارها، نرم افزارS5 و S7 می باشد که توسط شرکت زیمنس ابداع گردیده است. این نرم افزار هم مانند OS قابل تغییر نیست و بایستی در ROM ذخیره و برای اجرا بهRAM پروگرامر ارسال گردد.

۳- نرم افزار یا برنامه ای که توسط استفاده کننده نوشته می شود و به آن User Program گویند. این نرم افزار در هر لحظه قابل تغییر بوده، خواندنی/نوشتنی است. این نرم افزار در RAM و یا در EPROM و یا درEEPROM ذخیره و در صورت ایجاد هر گونه اشکال در RAM از مدول ذکر شده مجدداً در RAM کپی شده، اجرا می گردد.
همان گونه که ذکر شد هرPLC شامل سخت افزار و نرم افزار می باشد. در صفحات گذشته به طور اجمال به توضیح در مورد سیستم های سخت افزاری و همچنین نرم افزار PLCپرداختیم. واضح است که برای وارد کردن برنامه کنترلی یا نرم افزار کنترلی به سخت افزار، نیاز به یک واحد برنامه نویسی یا پروگرامر می باشد. در ادامه بحث به تشریح واحد برنامه نویسی (Programming Unit) می پردازیم.

۱-۱۲- واحد برنامه ریزی (PG)
در استفاده و به کارگیری PLC علاوه بر آشنایی با نحوه کار، آشنایی با واحد برنامه نویسی آن نیز ضروری است زیرا توسط این واحد قادر خواهیم بود با PLC ارتباط برقرار نمائیم. به این ترتیب که برنامه کنترل دستگاه را نوشته، آن را در حافظه PLCقرار داده، اجرای آن را از PLC می خواهیم. این واحد بسیار شبیه به کامپیوتر های معمولی است، یعنی دارای یک صفحه نشان دهنده (مانیتور) و صفحه کلید می باشد. تفاوت این واحد با کامپیوتر معمولی، تک منظوره بودن آن می باشد بدین معنی که از PG تنها می توان جهت ارتباط بر قرار نمودن با PLC مربوطه استفاده نمود.

با استفاده از PG می توان از وضعیت و چگونگی اجرای برنامه مطلع شد. صفحه نمایش واحد برنامه نویسی به ما نشان می دهد که کدام ورودی روشن یا خاموش است، PLC توسط خروجی ها دستور فعال شدن یا توقف کار کدام ماشین ها را می دهد و در حقیقت نحوه اجرای برنامه در صفحه نمایش ظاهر می شود. بنابراین در صورتی که اشکالی در برنامه وجود داشته باشد یا ایرادی در اجرای برنامه پیدا شود، از این طریق می توان به آن پی برد. پس می توان گفت که واحد برنامه نویسی در عیب یابی برنامه کنترل دستگاهها و سیستم های تحت کنترل و بررسی علت توقف آنها نقش به سزایی دارد. به وسیله PG می توان تغییرات عملوندها یعنی ورودی ها، خروجی ها و همچنین تایمر ها و شمارنده های برنامه در حال اجرا را به صورت Real Time ملاحظه نمود. در اکثر PLC ها و به کمک PG می توان با دستور خاصی نظیر STATUS وضعیت عملوندها را در حین اجرای برنامه مشاهده نمود.

انواع سخت افزار

۲-۱- انواع PLC
کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر از لحاظ شکل ظاهری به دو گروه تقسیم بندی می شوند:
۱- یکپارچه ۲- مدولار (Modular)
یک PLC کوچک عموماً بصورت یکپارچه ساخته می شود و تا حدود ۴۰ ورودی/خروجی دیجیتال را می پذیرد. حافظه این نوع PLC قادر به نگهداری کمتر از ۱۰۰۰ خط برنامه می باشد. همانطور که در شکل ۲-۱-الف مشاهده می کنید در روی این PLCمکانی جهت اتصال به پروگرامر و همچنین افزایش تعداد ورودیها و خروجیها وجود دارد.

در شکل ۲-۱-ب نوع مدولار یک PLC را مشاهده می کنید. این نوع طراحی بیشتر در انواع متوسط و بزرگ PLC مورد استفاده قرار می گیرد و شامل کارتهای جداگانه، منبع تغذیه، واحد پردازنده مرکزی (CPU) و ورودی/خروجی (I/O Module) ”به تعداد مورد نیاز“ می باشد که این کارتها به ترتیب روی RACK و در داخل شکافها (SLOTS) نصب می شوند. ترمینال های مربوط به کارتهای ورودی/خروجی در این نوع PLC به دلیل حجم زیاد سیم کشی و سهولت در جداسازی به هنگام تعمیرات، عموماً به صورت بلوکهای جدا شونده کشویی ساخته می شوند. در این نوع طراحی بسته به نیاز و نوع سیستم کنترل می توان از کارتهای مختلف I/O استفاده نمود.

(الف) (ب)

شکل ۲-۱٫ شکل ظاهری PLC : الف) نوع یکپارچه، ب) نوع مدولار

بعضی از انواع این کارتها عبارتند از :
۱- کارتهای I/O دیجیتال در دامنه های مختلف ولتاژ DC و AC
2- کارتهای I/O آنالوگ ولتاژ و جریان (که می توانند بصورت mA20-4 یا V 10-0 یا… استفاده شوند)
۳- کارتهای با مقاصد خاص نظیر شمارنده سریع، کارتهای زمان سنج، کارتهای PID، کارتهای RTD و …
۴- کارتهای ارتباطی جهت برقرار کردن ارتباط بین PLC با کامپیوتر شخصی و یا با چند PLC دیگر
نکته : توجه نمایید که بعضی از انواع این کارتها به دلیل پیچیدگی های موجود دارای ریز پردازنده جداگانه می باشند که آنها را کارتهای هوشمند (Inteligent Module) می نامند.

۲-۲- انواع رابطهای برنامه نویسی (Programmers)
رابطهای برنامه نویسی از لحاظ شکل ظاهری در دو گروه جای می گیرند.
۱- پروگرامر دستی (به طور مفصل در فصل قبل توضیح داده شد) که شامل یک صفحه کلید کوچک به همراه یک صفحه نمایش کریستال مایع(LCD) می باشد (شکل ۲-۲) و عمدتاً جهت اشکال یابی و یا تغییرات جزئی در برنامه مورد استفاده قرار می گیرد.

شکل ۲-۲٫ رابط برنامه نویسی دستی

۲- روش دیگر استفاده از کامپیوترهای شخصی (PC) و یا رومیزی Top) (Lap و نرم افزارهای ویژه برنامه نویسی می باشد. بنابراین کاربر از طریق این کامپیوتر می تواند مستقیماً برنامه موجود در حافظه PLC را مشاهده و تغییر دهد(online programming) و یا ابتدا برنامه را در داخل کامپیوتر شخسی بنویسد و سپس در موقع مناسب آنرا به PLC منتقل نماید (offline programming). توجه نمایید که پروگرامر های دستی فقط به صورت online قابل استفاده می باشند.
بعلاوه در روی کارت CPU (نوع مدولار) و در روی PLC (نوع یکپارچه) کلیدی جهت تعیین وضعیت PLC وجود دارد. هنگامیکه این کلید در وضعیت RUN باشد برنامه اجرا می گردد. در بعضی از انواع PLC برای تغییر برنامه باید این کلید حتماً از وضعیت RUN خارج شود. (توجه نمائید که تغییر برنامه در حال اجرا، حتی اگر در یک PLC امکان پذیر باشد باید با دقت کامل انجام پذیرد).

قابلیتهای نرم افزارهای برنامه نویسی که توسط سازندگان PLC ارائه می شود، عموماً به شرح زیر می باشد.
۱- امکان نوشتن برنامه به صورت Offline و ذخیره آن به صورت یک فایل جهت دسترسی دوباره به برنامه فوق.
۲- مشاهده اجرای یک برنامه در حال کار(online Monitoring) روی PLC.
3- قابلیت قطع و وصل هر ورودی یا فعال و غیر فعال کردن هر خروجی در حین اجرای برنامه (forcing). بایستی دقت شود که عمل forcing حفاظتهای موجود در سیستم را در نظر نمی گیرد، بنابراین هنگام استفاده از آن باید دقت نمود!

۴- بعد از نوشتن برنامه تغییر و اشکال یابی آن باید به سهولت انجام پذیرد. از این رو نرم افزارهای برنامه نویسی عموماً بایستی دارای قابلیتهای ذیل باشند.
الف) تهیه پرینت از برنامه و لیست ورودیها و خروجیها.
ب) امکان پیدا کردن سریع هر ورودی یا خروجی دلخواه(search) در برنامه.
ج) امکان قرار دادن توضیحات اضافی در برنامه(comments).
د) امکان قرار دادن برچسبهای نامگذاری (tags).

۲-۳- انواع حافظه
برای آشنایی با حافظه می توان آنرا بصورت ماتریسی از عناصر الکترونیکی در نظر گرفت که هر عنصر توانایی ذخیره کردن یک بیت(BIT) را در خود دارد (هر بیت می تواند ارزش صفر یا یک داشته باشد).
هر سطر حافظه معمولاً حاوی ۸ بیت می باشد که به آن بایت (BYTE) می گویند. بعضی از انواع حافظه دارای یک سطر ۱۶ بیتی (WORD) و یا ۳۲ بیتی (Double WORD) می باشند. هر ستون از این ماتریس دارای آدرس منحصر به فردی می باشد و CPU می تواند از طریق خطوط آدرس (Address bus) به هر بایت دلخواه از حافظه دسترسی پیدا کند.
همچنین از طریق خطوط کنترل(Control bus) تعیین می کند که قصد نوشتن در حافظه را دارد یا هدف خواندن آن می باشد و بایت مورد نظر نیز از طریق خطوط اطلاعات(Data bus) بین CPU و حافظه جابجا می شود. (شکل۲-۳)

ظرفیت حافظه عموماً برحسب کلیوبایت (KB) بیان می شود. بعنوان مثال هنگامیکه گفته می شود یک PLCدارای ۶KB حافظه می باشد (برخلاف سیستم ده دهی که هر کیلو معادل ۱۰۰۰ می باشد در سیستم باینری هر کیلو معادل ۱۰۲۴ می باشد) منظور این است که ظرفیت این حافظه معادل (۴۹۱۵۲ = ۸*۱۰۲۴*۶) ۴۹۱۵۲ بیت می باشد.
قبل از اینکه در ادامه این بخش به معرفی انواع حافظه های موجود در PLC بپردازیم، کمی دقیق تر به نحوه انجام عملیات در داخل یک PLC نگاه می کنیم.

۱- PLC تمامی ورودیها را امتحان می نماید (Scan Inputs)، ورودیهایی که وصل هستند از نظر PLC معادل یک و ورودیهایی که قطع می باشند معادل صفر در نظر گرفته می شوند.
۲- PLC ارزش ورودیها را در داخل قسمتی از حافظه اطلاعات (Data RAM) شکل ۲-۳ ذخیره میکند که به این قسمت از حافظهInput Image Register گفته می شود. (رجیستر به یک گروه از بیتهای حافظه اطلاق می شود و Input Image نشان دهنده این واقعیت است که این رجیستر حاوی تصویری از ارزش ورودیهاست نه خود آنها)
۳- CPU برنامه موجود در حافظه User Program RAM (شکل ۲-۳) را خط به خط خوانده و اجرا می کند و در طی اجرای برنامه چنانچه تعدادی از ورودیها تغییر وضعیت بدهند PLC متوجه آن نمی شود زیرا PLC وضعیت ورودیها را در زمان اجرای برنامه از IIR می خواند.

شکل ۲-۳٫ معماری داخلی PLC

۴- PLC وضعیت خروجی ها را در طی اجرای برنامه در قسمتی از حافظه اطلاعات به نام (OIR) Output Image Registerذخیره می کند.
۵- PLC پس از پایان اجرای برنامه وضعیت خروجیها را از OIR به واحد خروجی می فرستد.
۶- این سیکل مجدداً از شماره یک آغاز می شود.
۷- کل انجام مراحل ۱ تا ۵ برابر است با :

Scan Inputs+ Scan program + Scan Outputs
و آنرا Scan Time می نامند.
چنانچه این زمان بیشتر از مقدار معینی (مثلاً ms 200( گردد، نشان دهنده این مطلب می باشد، که یکی از قسمتهای PLC دچار اشکال شده بنابراین تایمر سگ نگهبان (Watch Dog Timer) عمل می نماید و تمامی خروجیها را غیر فعال می کند تا عملکرد اشتباه PLC منجر به حادثه نگردد.
انواع حافظه موجود در PLC عبارتست از :

۱- حافظه سیستم عامل (System ROM) PLC : حافظه فقط خواندنی یا(Read Only Memory) ، جهت ذخیره سازی الگوریتم عملکرد PLC استفاده می گردد.
۲- حافظه اطلاعات (Data RAM) : حافظه خواندنی/نوشتنی جهت ذخیره اطلاعات لازم در طول اجرای برنامه مانند IIR،OIR و همچنین اطلاعات مربوط به ابزارهای برنامه نویسی مانند تایمر، شمارنده ها و رله های داخلی می باشد.

۳- حافظه جهت ذخیره سازی برنامه (User Program Memory) : این حافظه جهت نگهداری برنامه در داخل PLC استفاده می گردد و می تواند به یکی از صورتهای زیر باشد .
الف)CMOS RAM : حافظه خواندنی/نوشتنی که در صورت قطع برق محتویات آن توسط باطری پشتیبان (back up battery) حفظ خواهد شد. (CMOS RAM نوعی حافظهRAM کم مصرف می باشد.)

باطری پشتیبان نیز عموماً می تواند از نوع آلکالین (حداکثر طول عمر یک سال) لیتیوم (حداکثر ده سال) و باطریهای قابل شارژ نیکل کادمیم (حداکثر طول عمر پنج سال) باشد.
ب)(Erasable Programmable ROM) EPROM : در این نوع حافظه با قطع برق برنامه موجود در آن از بین نمی رود، ولی در صورتیکه بخواهیم تغییری در برنامه ایجاد کنیم، ابتدا باید این حافظه به مدت چند دقیقه در مجاورت نور شدید ماورای بنفش (UV) قرار گیرد تا محتویات آن پاک شود و سپس برنامه جدید را با استفاده از پروگرامر روی آن ذخیره کنیم.
ج)(Electrical Erasable Programmable ROM) EEPROM: با قطع برق برنامه موجود در این نوع حافظه از بین نمی رود همچنین در هر لحظه می توان توسط پروگرامر برنامه موجود در EEPROM را تغییر داد یا برنامه جدیدی در آن نوشت. (نیاز به پاک کردن بوسیله اشعه ماورای بنفش ندارد.)

۲-۴- پاسخ زمانی PLC
فرض نمائید که در یک برنامه با وصل یک ورودی، یک خروجی باید فعال گردد. حال اگر تصادفاً ورودی در لحظه ای وصل شود که PLC، مرحله خواندن ورودیها را به انجام رسانده باشد، در این صورت باید به اندازه یک Scan (مجموع زمان اسکنِ ورودیها، اسکنِ برنامه و اسکنِ خروجیها) صبر کند تا PLC متوجه وصل شدن این ورودی گردد و سپس به اندازه یک اسکنِ دیگر صبر نماید تا خروجی فعال گردد. بنابراین حداکثر تأخیر در اجرای این برنامه، دو برابر زمان اسکن است که این تأخیر را تأخیر نرم افزاری می نامند.
از طرف دیگر به دلیل نویز های موجود در محیط های صنعتی کارتهای ورودی عموماً دارای فیلتری می باشند که این نیز به نوبه خود تأخیری را در دریافت ورودی ایجاد می نماید (حدود ۱۰ ms)، همچنین اگر کارت خروجی از نوع رله ای باشد مدت زمانی حدود ms 10 نیز برای وصل رله خروجی خواهیم داشت، مجموع این دو زمان را تأخیر سخت افزاری PLC می نامند.
بنابراین پاسخ زمانی PLC حاصل جمع تأخیر نرم افزاری و سخت افزاری موجود در آن می باشد.

وسایل ورودی و خروجی

کلید شستی و کنتاکتور از جمله وسایل ورودی و خروجی discrete یا digital می باشند، زیرا در هر لحظه می توانند تنها وصل یا قطع باشند. بنابراین مستقیماً به کارتهای ورودی و خروجی I/O متصل می شوند.

ترموکوپل یک وسیله ورودی آنالوگ می باشد، زیرا متناسب با دمای محیطی که در آن قرار گرفته، در دو سر آن ولتاژ ایجاد می شود. این ولتاژ سپس توسط مدارات الکترونیکی به ولتاژ و جریان مناسبی تبدیل شده و به کارت ورودی آنالوگ PLC وصل می گردد.
در این فصل سعی شده است بعضی از انواع وسایل ورودی و خروجی، دیجیتال و آنالوگ که در صنعت، به PLC متصل می گردند، معرفی شوند.

۳-۱- انواع وسایل ورودی
سنسور ها وسایلی هستند که کمیتهای فیزیکی نظیر دما، فشار، جریان سیال، سطح مایع در مخزن، حرکت مکانیکی، سرعت، شتاب، رطوبت، میدان مغناطیسی و … را حس می نمایند و نسبت به آن عکس العمل نشان می دهند. که این عکس العمل می تواند بصورت دیجیتال (باز و بسته شدن یک کنتاکت) و یا آنالوگ (ولتاژ پیوسته) آشکار گردد.
وسایل ورودی دیجیتال (سوئیچها) عموماً دارای یک سنسور و یک کنتاکت می باشند. به عنوان مثال یک سوئیچ فشار (Pressure Switch) دارای یک قسمت حس کننده فشار (سنسور فشار) می باشد، هنگامیکه فشار به حد معینی برسد عکس العمل سنسور سبب وصل شدن یک کنتاکت در داخل سوئیچ می گردد. بنابراین یک سوئیچ فشار می تواند بصورت مستقیم به کارت ورودی دیجیتال PLC متصل شود.

سوئیچها می توانند در حالت عادی باز یا بسته باشند. بعنوان مثال سوئیچ فشار ذکر شده، در حالت عادی کنتاکت آن باز می باشد و با رسیدن فشار به نقطه معینی کنتاکت آن بسته می گردد. از این رو سوئیچ فوق را NO (Normally Open) می نامند. اما اگر در حالت عادی کنتاکت این سوئیچ بسته باشد و بعد از اعمال فشار این کنتاکت باز گردد آنرا (Normally Close) NC می گویند. علاوه بر این باید توجه داشت که بعضی از انواع سوئیچها، بجای استفاده از کنتاکتهای مکانیکی از کلیدهای الکترونیکی نظیر ترانزیستور و یا تریاک استفاده می کنند.

در طبیعت کمیتهای فیزیکی همگی پیوسته می باشند. بنابراین برای اندازه گیری آنها از سنسور ها به همراه مدارات الکترونیکی مورد نیاز استفاده می گردد. (کل این مجموعه را ترنسمیتر می نامند).
متناسب با کمیت فیزیکی اندازه گیری شده، جریان و یا ولتاژی در خروجی ترنسمیتر ایجاد می شود و در داخل کارت آنالوگ PLC به توسط یک A/D این ولتاژ به یک عدد دیجیتال قابل فهم برای CPU تبدیل می گردد.

۳-۱-۱- سنسور های تشخیص اشیاﺀ (Object Detector Sensors)
در خطوط تولید جهت تشخیص عبور یک شی، وجود یک قطعه، ورود انسانی به محدوده کار یک روبات، محدود کردن کورس یک پیستون و … با هدف کنترل سیستم و همچنین جلوگیری از بروز صدمات به تجهیزات، کاربر و مواد اولیه از اینگونه سنسور ها استفاده می گردد و انواع آن به شرح ذیل می باشد.
الف) لیمیت سوئیچ (Limit Switch) : در اثر تماس مستقیم و مکانیکی شیء با لیمیت سوئیچ کنتاکتهای آن تغییر وضعیت می دهند. مثلاً در یک دستگاه مته برقی، جهت اطمینان از قرار گرفتن قطعه کار در مکان مناسب، رسیدن مته به سطح قطعه و سوراخ کردن قطعه تا عمق لازم، معمولاً از سه لیمیت سوئیچ مجزا استفاده می شود. شکل ۳-۱ سه نوع مختلف لیمیت سوئیچ را نشان می دهد.

شکل ۳-۱٫ تحریک لیمیت سوئیچ (Limit Switch) بوسیله : الف) اهرم،ب) غلطک،ج) بادامک
ب) پروکسیمیتی سوئیچ Proximity Switch)) : در این نوع سوئیچ بدون برقرار شدن تماس مکانیکی، عبور یا وجود شی تشخیص داده می شود. بنابراین به دلیل نداشتن تماس مستقیم دارای استهلاک کمی بوده و در انواع ذیل می باشد.

۱٫ پروکسیمیتی سوئیچ القایی : این سوئیچ از یک اُسیلاتور RF (Radio Frequency) و یک مدار LC تشکیل شده است طبیعتاً بدلیل نوسانات ناشی از اُسیلاتور میدان مغناطیسی اطراف مدار LCالقا می گردد که با نزدیک شدن یک قطعه فلزی به این میدان جریانی در آن قطعه القا شده و میدان ناشی از این جریان (نیروی ضد محرکه) عملاً باعث بر هم خوردن تعادل اُسیلاتور شده و آنرا متوقف می نماید که ماحصل آن وصل شدن یک کلید الکترونیکی مانند ترانزیستور می باشد. به همین دلیل به این نوع سوئیچ ECKO (Eddy Current Killed Oscillator) نیز می گویند.

دامنه کاربرد این سنسور بین ۰/۲ mm تا ۲۰ mm می باشد و حساسیت آن به فلزات مغناطیسی نظیر آهن بیشتر از فلزات دیگر است.
۲٫ سوئیچ پروکسیمیتی خازنی : این سوئیچ قادر به تشخیص اشیاﺀ فلزی و غیر فلزی می باشد. همانطور که می دانید ظرفیت یک خازن با تغییر عایق بین صفحات آن تغییر می نماید.
در نوع فلزی سنسور نقش یکی از صفحات خازن را ایفا نموده و قطعه فلزی به عنوان صفحه دیگر خازن بکار می رود. با نزدیک شدن قطعه فلزی به سنسور فاصله هوایی کم شده و ظرفیت خازن تغییر می کند. (شکل ۳-۲)

شکل ۳-۲٫ پروکسیمیتی (سنسور مجاورتی) خازنی

در نوع غیر فلزی صفحه دیگر خازن، زمین می باشد و شیﺀ غیر فلز نیز نقش عایق موجود بین صفحات را به عهده دارد. دامنه کار این سنسور بین mm 4 تا mm 60 می باشد.

شکل ۳-۳٫ اثر هال
ج) سنسور اثر هال(Hall Effect) : هنگامیکه جریان ثابتی از دو سر یک صفحه فلزی عبور داده شود، در صورتیکه این صفحه در معرض میدان مغناطیسی عمود برآن قرار بگیرد، در دو سر دیگر صفحه ولتاژی القا می گردد که متناسب با شدت میدان مغناطیسی می باشد. بنابراین با استفاده از سنسور هال می توان متوجه حرکت یک شیﺀ مغناطیسی (نظیر آهنربا یا یک کویل حاوی جریان) گردید. (شکل ۳-۳)

د) رید سوئیچ (Reed Switch) : این سوئیچ از دو کنتاکت قابل انعطاف که در داخل یک محفظه شیشه ای قرار می گیرند تشکیل شده و همانطور که در شکل ۳-۴ مشاهده می نمائید با نزدیک شدن شیﺀ مغناطیسی این دو کنتاکت جذب یکدیگر می شوند.

شکل ۳-۴٫ رید سوئیچ

ه) سنسور های نوری (Photoelectric Sensor) : در دو نوع مستقیم و انعکاسی ساخته می شوند. نوع مستقیم مطابق شکل ۳-۵-الف از یک فرستنده (LED مادون قرمز) و یک گیرنده (فتو ترانزیستور) تشکیل شده و هر کدام دارای یک عدسی جهت جلوگیری از پراکندگی نور بوده و در محفظه ای جداگانه قرار گرفته اند.
به عنوان مثال می توان در چهار گوشه محل کار یک روبات از این سنسور استفاده نمود. بدین صورت که هنگام وارد شدن انسان به محدوده کار این روبات، مسیر نور قطع شده و فتو ترانزیستور گیرنده غیرفعال می گردد و فرمان توقف را به سیستم روبات صادر می کند. در نوع انعکاسی گیرنده و فرستنده در داخل یک مجموعه قرار دارند و بنابراین تنها نیاز به یک مسیر سیم کشی می باشد. انعکاس نور نیز از طریق جسم مورد نظر یا با استفاده از صفحه منعکس کننده جداگانه ای تأمین می گردد. (شکل ۳-۵-ب)

شکل ۳-۵٫ انواع سنسور های نوری : الف) مستقیم ب) انعکاسی

نکته : شکل ۳-۶ طبقه خروجی دو نوع سوئیچ پروکسیمیتیDC را نمایش می دهد. اگر طبقه آخر این سوئیچ، ترانزیستور نوع NPN باشد کارت ورودی PLC باید به صورت Source بسته شود. (یعنی ترمینال مشترک ورودی به ولتاژ +v و ترمینال مربوط به ورودی مورد نظر به سر port در روی ترانزیستورNPN متصل می گردد)

شکل ۳-۶٫ سوئیچ پروکسیمیتی

اما اگر خروجی این سوئیچ، ترانزیستور نوع PNP باشد، کارت ورودی PLC باید به صورت Sink بسته شود. (یعنی ترمینال مشترک ورودی به ولتاژ V 0 و ترمینال مربوط به ورودی مورد نظر به سر port در روی ترانزیستور PNP متصل گردد.) بنابراین چون یک کارت ورودی معمولاً به صورت Sink یا Source می باشد، در استفاده همزمان از چند سنسور در روی یک کارت ورودی باید دقت نمود که همگی از یک نوع باشند.

۳-۱-۲- سنسور های جابجایی (Position Displacement Sensor)
اینگونه سنسور ها جهت اندازه گیری جابجایی خطی یا دورانی یک جسم بکار می روند. افزون بر این در بسیاری از سنسور های دیگر نظیر سنسور فشار ابتدا کمیت مورد اندازه گیری تبدیل به حرکت مکانیکی می شود و سپس این حرکت اندازه گیری می گردد.
پتانسیومتر (مقاومت متغییر) یکی از ساده ترین وسایل اندازه گیری حرکت می باشد که در نوع خطی و دورانی ساخته می شود. در ادامه سعی شده است تا با چند نوع دیگر از این سنسور ها آشنایی حاصل شود.

الف) (Linear Variable Differential Transformer) LVDT : مطابق شکل ۳-۷ از یک سیم پیچ اولیه و دو سیم پیچ ثانویه که در روی یک استوانه توخالی پیچیده می شوند تشکیل شده است. در درون این استوانه یک هسته آهنی قرار دارد که یک سر آن از بیرون به وسیله ای که می خواهیم جابجایی آن را اندازه گیری نماییم متصل است. سیم پیچ اولیه تحت ولتاژ متناوب با دامنه ثابت قرار می گیرد و دو سیم پیچ ثانویه به نحوی با یکدیگر سری می شوند که ولتاژ خروجی از تفاضل این دو ولتاژ القایی حاصل گردد. زمانیکه هسته در وسط استوانه قرار دارد، روی دو سیم پیچ ثانویه ولتاژ AC یکسانی القاﺀ شده و در این حالت ولتاژ خروجی صفر می باشد. هنگامیکه هسته به سمت بیرون می آید دارای مقدار منفی شده و هنگامیکه هسته به سمت داخل رود مقدار مثبت می گردد. سپس این ولتاژ متناوب خروجی را به ولتاژ مستقیم تبدیل می نماید که اندازه این ولتاژ متناسب با موقعیت هسته در درون استوانه است.

شکل۳-۷٫ ساختمان داخلی LVDT

ب) اِنکودر (Encoder) : اِنکودر وسیله ای است که حرکت دورانی یا خطی را به سیگنالهای دیجیتال تبدیل می نماید، شکل ۳-۸ یک اِنکودر افزایشی (Incremental Encoder) دورانی را نشان می دهد.
اِنکودر افزایشی از یک دیسک به همراه یک فرستنده و گیرنده نوری در دو طرف آن تشکیل شده است. هنگامیکه شَفت به گردش در می آید مسیر عبور نور قطع و وصل می گردد و باعث تولید تعداد پالسهایی متناسب با حرکت زاویه ای شَفت و تعداد شکافهای موجود در روی دیسک می شود. بعنوان مثال اگر روی دیسک ۶۰ شکاف وجود داشته باشد، هر پالس معادل می باشد. (دیسک اِنکودر می تواند یک صفحه حاوی تعدادی شکاف یا یک صفحه ترانسپورت با رنگ آمیزی تیره و روشن باشد.)
اِِنکودر افزایشی حرکت را نسبت به یک نقطه فرضی اندازه گیری می نماید. بنابراین در صورت قطع برق تعداد پالسهای شمارش شده از بین رفته و با وصل مجدد برق موقعیت شَفت معین نمی باشد.

شکل ۳-۸٫ اجزای تشکیل دهنده اِنکودر افزایشی

اِنکودر مطلق (absolute Encoder) به جای استفاده از یک سنسور نوری، به طور هم زمان از چند سنسور نوری استفاده می کند. بنابراین طراحی دیسک مربوطه نیز مطابق کدگذاری خاصی انجام می گیرد. شکل ۳-۹ یک اِنکودر مطلق ۳ بیتی را نشان می دهد که صفحه آن از سه دایره متحد المرکز با کدگذاری مشخص جهت تشخیص ۸ حالت بوسیله ۳ سنسور نوری تشکیل شده است. بنابراین هر دارای یک کد باینری خاص می باشد.

شکل ۳-۹٫ اجزای تشکیل دهنده اِنکدر مطلق سه بیتی

۳-۱-۳- کرنش سنج (Strain Guage)
یک قطعه سیم فلزی را در نظر بگیرید، با اعمال کشش به این سیم (تنش) طول آن متناسب با نیروی اعمالی افزایش می یابد (کرنش). سنسور های کرنش سنج بر همین اساس ساخته می شوند.
نسبت تغییرات مقاومت به تغییرات طول را ضریب کرنش سنج می نامند که به صورت ذیل بیان می شود : (Guage Factor)
GF=
ضریب کرنش سنج برای فلزات بین ۲ تا ۴ می باشد، در عمل برای اینکه تغییرات مقاومت سیم قابل توجه باشد از سیم بلند یا صفحه فلزی نازک مطابق شکل ۳-۱۰ برای ساخت کرنش سنجها استفاده می گردد. این قطعه مانند یک تمبر با استفاده از چست اپوکسی به صورت یکنواخت روی یک سطح صاف پلاستیکی چسبانیده می شود و مجموعه فوق نهایتاً روی جسمی که می خواهیم تنش موجود روی آن اندازه گیری شود، نصب می گردد.

شکل ۳-۱۰٫ کرنش سنج

شکل ۳-۱۱ نحوه تبدیل کردن تغییرات مقاومت به تغییرات ولتاژ را به وسیله پل وتستون نمایش می دهد. هنگامیکه پل در حالت تعادل است یعنی چهار مقاومت موجود در روی آن با هم برابرند، ولتاژ خروجی وجود ندارد. با اعمال تنش مقاومت کرنش سنج تغییر می کند و ولتاژ خروجی با شرط برابر است با که در اینجا E ولتاژ تغذیه پل وتستون می باشد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 17700 تومان در 165 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد