مقدمه:

هر سيستم كنترلي را به سه بخش اصلي مي‌توان تقسيم كرد: ورودي بخش پردازشگر و خروجي سيگنالهاي ورودي توسط مبدل‌ها كه كميت‌هاي فيزيكي را به سيگنال‌هاي الكترونيكي تبديل مي‌كنند فراهم مي‌شوند. يك سيستم كنترل بايد بتواند بر طريقه عملكردي يك فرآيند دخالت و تسلط داشته باشد. اين كار با استفاده المان‌هاي خروجي، از قبيل پمپ‌ها، موتورها، پيستون‌ها، رله‌ها و … انجام مي‌شود.

يك طرح كنترلي به دو روش قابل اجرا است:

با استفاده از سيستم‌هاي كنترل غيرقابل تغيير توسط اپراتور و نيز با استفاده از كنترل كننده‌هاي قابل برنامه‌ريزي.

رله‌ يكي از قطعات مهم در بيشتر سيستم‌هاي كنترل مدرن است. اين قطعه‌ يك سوئيچ الكتريكي با ظرفيت جرياني بالاست. يك سيستم رله‌اي ممكن است شامل چند صديا حتي چند هزار كنتاكت باشد.

كنترل‌كننده‌هاي قابل برنامه‌ريزي (PLC)ها:

PLCها به عنوان جانشيني براي سيستم‌هاي منطقي رله‌اي و تايمري غيرقابل تغيير توسط اپراتور طراحي شدند تا به جاي تابلوهاي كنترل متداول قديمي استفاده شوند. اين كار به وسيله برنامه‌رزي آن‌ها و اجراي دستورالعمل‌هاي منطقي ساده كه اغلب به شكل دياگرام نردباني است، صورت مي‌گيرد. PLCها داراي يك سري توابع دروني از قبيل: تايمرها و شمارنده‌ها و شيفت رجيسترها مي‌باشند كه امكان كنترل مناسب را‏، حتي با استفاده از كوچك‌ترين PLC نيز، فراهم مي‌آورند.

يك PLC با خواندن سيگنال‌هاي ورودي، كار خود را شروع كرده و سپس دستورالعمل‌هاي منطقي (كه قبلاَ برنامه‌ريزي شده و در حافظه جاي گرفته است) را بر روي اين سيگنال‌هاي ورودي اعمال مي‌كند و در پايان، سيگنال‌هاي خروجي مطلوب را براي راه‌اندازي تجهيزات و ماشين‌آلات توليد مي‌نمايد. تجهيزات استانداردي درون PLCها تعبيه شده‌اند كه به آن‌ها اجازه مي‌دهد مستقيماَ و بدون نياز به واسطه‌هاي مداري يا رله‌ها، به المان خروجي يا محرك (actuator) و مبدل‌هاي ورودي (مانند پمپ‌ها و سوپاپ‌ها) متصل شوند.

با استفاده از PLCها، اصلاح و تغيير يك سيستم كنترل بدون نياز به تغيير محل اتصالات سيم‌ها ممكن شده است.

برخي ويژگي‌هاي خاص، آن‌ها را ابزاري مناسب جهت انجام عمليات كنترل صنعتي نموده است. برخي از اين ويژگي‌ها عبارتند از:

l        تجهيزات حفاظت كننده‌ها PLCها از نويز و شرايط نامساعد محيطي

l  ساختار PLCها، كه به سادگي امكان تعويض يا افزودن واحد يا واحدهايي را به PLC مي‌دهد. (مثلاَ واحد ورودي/ خروجي)

l        اتصالات استاندارد ورودي/ خروجي و نيز سطوح سيگنال استاندارد

l  زبان برنامه‌نويسي قابل درك و آسان (مانند دياگرام نردباني يا نمودار وظايف)

محدوده PLCهاي در دسترس، از PLCهاي جامع و كامل كوچك با 20 ورودي/ خروجي و 500 مرحله يا گام برنامه‌نويسي تا سيستم‌هاي مدولار با مدول‌هاي قابل افزايش را دربرگرفته است مدول‌ها براي انجام وظايفي نظير:

l        ورودي/ خروجي آنالوگ

l        كنترل PID (تناسبي، انتگرال‌گير و مشتق‌گير)

l        ارتباطات

l        نمايش گرافيكي

l        ورودي/ خروجي اضافي

l        حافظه‌هاي اضافي و … استفاده مي‌شوند.

PLCها، كامپيوترهايي ساخته شده به منظور خاص هستند كه شامل سه قسمت اجرايي اصلي مي‌باشند: پردازش، ورودي/ خروجي و حافظه. سيگنال‌ها از طريق ورودي به PLC فرستاده شده و آن‌گاه در حافظه، ذخيره مي‌شوند. سپس سيگنال‌هاي خروجي به منظور راه‌اندازي تجهيزات مورد نظر، توليد مي‌شوند.

در PLCهاي كوچك‌تر، اين عمليات توسط كارت‌هاي ويژه‌اي انجام مي‌گيرند كه به صورت واحدهاي بسيار فشرده‌اي ساخته شده‌اند، در حالي كه ساختار PLCهاي بزرگتر به صورت مدولار با مدول‌هايي كه بر روي شيارهاي تعبيه شده بر روي دستنده نصب مي‌شود، بنا گرديده است. اين امر امكان توسعه سيستم را- در صورت ضرورت- به سادگي فراهم مي‌آورد. در هر دوي اين موارد بوردهاي مداري ويژه‌اي، به سادگي تعويض يا برداشته مي‌شود و امكانات تعمير سيستم نيز به سادگي فراهم مي‌آيد.

CPU بر تمام عملياتي كه در PLC رخ مي‌دهد‏، كنترل و نظارت دارد و دستورالعمل‌هاي برنامه‌ريزي شده و ذخيره شده را اجرا مي‌كند.

تمام PLCهاي مدرن براي ذخيره برنامه از حافظه‌هاي نيمه هادي مانند EPROM, RAM يا EEPROM استفاده مي‌كنند.

عملاَ از RAM براي تكميل برنامه مقدماتي و تست آن استفاده مي‌شود، زيرا كه امكان تغيير و اصلاح راحت برنامه را فراهم مي‌آورد.

پس از اين كه يك برنامه تكميل شد و مورد آزمايش قرار گرفت مي‌توان آن را در PROM يا EPROM، كه اغلب ارزانتر از قطعات RAM مي‌باشند، بار (Load) كرد. برنامه‌ريزي PROM معمولاَ توسط يك برنامه‌ريز مخصوص صورت مي‌گيرد.

PLC‌هاي كوچك معمولاَ تا حدي به دليل ابعاد فيزيكي دستگاه داراي حجم حافظه محدود و ثابتي مي‌باشند. حجم اين حافظه‌ها بسته به توليدكننده آن‌ها بين 300 تا 1000 دستورالعمل متفاوت است. اين حجم حافظه ممكن است كمتر از آني به نظر آيد كه مناسب جهت امور كنترلي باشد‏، اما تقريباَ حدود 90 درصد عمليات مورد نياز كنترل‌هاي دودويي با كمتر از 1000 دستورالعمل قابل اجرا مي‌باشند. بنابراين فضاي حافظه لازم براي بيشتر كاربردها فراهم خواهد آمد.

PLCهاي بزرگتر از مدول‌هاي حافظه‌اي استفاده مي‌كنند كه بين K1 تا K64 فضاي حافظه را فراهم مي‌آورند. اين مدول‌ها امكان گسترش سيستم را با افزودن كارت‌هاي حافظه RAM يا PROM به PLC فرام مي‌آورند.

معيار اوليه مشخص كننده اندازه PLCها، در قالب حجم حافظه برنامه و حداكثر تعداد ورودي و خروجي‌هايي كه سيستم قادر به پشتيباني از آن‌هاست. اما به منظور ارزيابي و محك مناب هر PLC، بايد خصوصيات ديگري از آن، از قبيل نوع پردازشگر، زمان اجراي يك سيكل برنامه، تسهيلات زبان برنامه‌نويسي، توابع (از قبيل شمارنده، تايمر و …) قابليت توسعه و … را نيز در نظر بگيريم.