پی ال سی چگونه کار می کند؟

در دنیای اتوماسیون صنعتی و فرآیندهای تولید پی ال سی ها (کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر) نقش حیاتی و بی بدیلی ایفا می کنند. این دستگاه ها برای کنترل و نظارت بر انواع سیستم های الکتریکی و مکانیکی طراحی شده اند و به طور گسترده ای در صنایع مختلف از جمله خودروسازی نفت و گاز صنایع شیمیایی و حتی ساختمان های هوشمند مورد استفاده قرار می گیرند. اما سوال اصلی این است که پی ال سی ها چگونه کار می کنند؟

در این مقاله به بررسی نحوه عملکرد پی ال سی و اجزای مختلف آن خواهیم پرداخت. اگر به دنبال فهم دقیق تر چگونگی کارکرد این سیستم های حیاتی هستید تا پایان همراه ما باشید.

پی ال سی چیست؟

پیش از آن که به سراغ نحوه عملکرد پی ال سی برویم بهتر است بدانیم که پی ال سی (Programmable Logic Controller) یک دستگاه الکترونیکی است که برای اتوماسیون فرآیندها و کنترل سیستم های صنعتی طراحی شده است. پی ال سی ها قادر به دریافت ورودی های مختلف از سنسورها پردازش این داده ها و در نهایت ارسال فرمان به خروجی ها (مانند موتورها پمپ ها و شیرها) برای انجام عملی خاص هستند. این دستگاه ها از برنامه های خاصی پیروی می کنند که به آنها این امکان را می دهد تا فرآیندهای پیچیده را به صورت خودکار کنترل کنند.

اجزای اصلی پی ال سی

پی ال سی ها از اجزای مختلفی تشکیل شده اند که در کنار هم عملکرد سیستم کنترل را ممکن می سازند. این اجزا شامل:

1. واحد پردازش مرکزی (CPU): این قسمت مغز پی ال سی است که پردازش داده ها و اجرای برنامه ها را انجام می دهد.
2. حافظه (Memory): حافظه پی ال سی برای ذخیره برنامه ها و داده های مورد نیاز سیستم استفاده می شود.
3. ورودی ها و خروجی ها (I/O): این بخش به پی ال سی این امکان را می دهد که با دنیای خارجی ارتباط برقرار کند. ورودی ها شامل سنسورها و دستگاه های اندازه گیری هستند در حالی که خروجی ها معمولاً به موتورها شیرها و دیگر تجهیزات صنعتی متصل می شوند.
4. منبع تغذیه (Power Supply): پی ال سی ها نیاز به تأمین انرژی دارند تا بتوانند عملیات پردازش و کنترل را انجام دهند.

نحوه عملکرد پی ال سی

حالا که با اجزای اصلی پی ال سی آشنا شدیم به سراغ نحوه عملکرد آن می رویم. در اصل پی ال سی ها از یک فرآیند منطقی به نام چرخه اسکن (Scan Cycle) استفاده می کنند که شامل چند مرحله اصلی است. این مراحل عبارتند از:

1. مرحله ورودی ها (Input Scan)

اولین مرحله از عملکرد پی ال سی دریافت داده ها از ورودی ها است. ورودی ها می توانند شامل سیگنال های دیجیتال (مانند سوئیچ ها و سنسورهای فشار) یا آنالوگ (مانند سنسورهای دما یا سطح مایعات) باشند. پی ال سی این سیگنال ها را از طریق مدارهای ورودی خود دریافت کرده و آن ها را به داده های دیجیتال یا آنالوگ قابل پردازش تبدیل می کند. در این مرحله پی ال سی وضعیت ورودی ها را بررسی می کند تا متوجه شود که چه تغییراتی در سیستم به وجود آمده است.

2. مرحله پردازش (Process Logic)

پس از دریافت داده های ورودی پی ال سی وارد مرحله پردازش می شود. در این مرحله پردازنده مرکزی (CPU) دستورالعمل های برنامه ای که برای آن نوشته شده است را اجرا می کند. این برنامه معمولاً به زبان هایی مانند زبان نردبانی (Ladder Logic) یا فلوچارت (Flowchart) نوشته می شود و شامل دستوراتی برای تصمیم گیری در مورد وضعیت های مختلف سیستم است.

در این مرحله پی ال سی تصمیم می گیرد که چه اقدامی باید انجام شود. به عنوان مثال اگر یک سنسور فشار اعلام کند که فشار بیش از حد بالا رفته است پی ال سی ممکن است دستور قطع برق به پمپ یا شیر را صادر کند تا از بروز خرابی جلوگیری شود.

3. مرحله خروجی ها (Output Scan)

پس از پردازش داده ها و تصمیم گیری پی ال سی وارد مرحله خروجی ها می شود. در این مرحله سیگنال هایی به دستگاه های خارجی ارسال می شود. این دستگاه ها ممکن است شامل موتورها پمپ ها شیرها یا دیگر تجهیزات صنعتی باشند. پی ال سی به کمک خروجی های خود دستوراتی مانند روشن یا خاموش کردن یک موتور تغییر وضعیت یک شیر یا راه اندازی یک پمپ را صادر می کند.

4. مرحله بررسی و تایید (Housekeeping)

پس از انجام فرآیندهای ورودی پردازش و خروجی پی ال سی مرحله ای به نام Housekeeping را انجام می دهد. در این مرحله پی ال سی به بررسی سلامت سیستم انجام عملیات نگهداری و ارزیابی وضعیت برنامه های در حال اجرا می پردازد. در این مرحله سیستم ممکن است خطاها یا مشکلات موجود را شناسایی کرده و گزارش دهد.

5. بازگشت به مرحله اول

پس از تکمیل این مراحل پی ال سی دوباره به مرحله ورودی ها باز می گردد و چرخه اسکن از ابتدا آغاز می شود. این فرآیند در زمان های بسیار کوتاه تکرار می شود (معمولاً در کسری از ثانیه) تا پی ال سی بتواند به طور مداوم وضعیت سیستم را بررسی کرده و در صورت نیاز فرمان های جدید ارسال کند.

زبان برنامه نویسی پی ال سی

یکی از ویژگی های بارز پی ال سی ها این است که برای عملکرد صحیح خود نیاز به برنامه نویسی دارند. این برنامه ها به پی ال سی این امکان را می دهند که عملیات مختلف را انجام دهد. رایج ترین زبان های برنامه نویسی پی ال سی شامل:

• زبان نردبانی (Ladder Logic): این زبان برنامه نویسی شبیه به نمودارهای مدار الکتریکی است و بیشتر برای پی ال سی هایی که در سیستم های اتوماسیون صنعتی استفاده می شوند به کار می رود.
• زبان فلوچارت (Flowchart): این زبان از نمودارهای جریان برای نمایش عملیات های مختلف استفاده می کند.
• زبان بلوک دیاگرام (Block Diagram): در این زبان عملیات مختلف به صورت بلوک هایی که به هم متصل هستند نمایش داده می شود.

مراحل برنامه نویسی پی ال سی

برنامه نویسی پی ال سی معمولاً با استفاده از نرم افزارهای خاص مانند TIA Portal یا RSLogix انجام می شود. برنامه نویس با استفاده از این نرم افزارها دستورالعمل ها را بر اساس نیازهای خاص سیستم تنظیم می کند.

مزایای پی ال سی

1. قابلیت برنامه ریزی: پی ال سی ها به راحتی قابل برنامه ریزی و تغییر هستند که این ویژگی موجب انعطاف پذیری آن ها می شود.
2. سرعت بالا: پردازش سریع داده ها و اجرای دستورات به پی ال سی ها این امکان را می دهد که سیستم ها را با سرعت بالا کنترل کنند.
3. پایداری و دوام: پی ال سی ها معمولاً برای کار در شرایط سخت صنعتی طراحی شده اند و در برابر گرد و غبار ارتعاشات و دماهای بالا مقاوم هستند.
4. کاهش نیاز به نیروی انسانی: با استفاده از پی ال سی ها بسیاری از فرآیندها به صورت خودکار انجام می شود و نیاز به نظارت دستی کاهش می یابد.

نتیجه گیری

پی ال سی ها با عملکرد خودکار و دقیق در اتوماسیون صنعتی نقش حیاتی دارند و از آن ها برای کنترل سیستم های پیچیده استفاده می شود. نحوه کارکرد پی ال سی ها از جمله دریافت ورودی ها پردازش داده ها ارسال دستورات به خروجی ها و بازگشت به مرحله اسکن موجب افزایش کارایی کاهش خطاهای انسانی و بهره وری بالاتر در فرآیندهای صنعتی می شود.

با توجه به انعطاف پذیری بالای این سیستم ها و امکان برنامه ریزی آن ها پی ال سی ها یکی از ابزارهای اصلی در اتوماسیون صنعتی به شمار می آیند و به طور مداوم در حال توسعه و بهبود هستند.