مقاله بررسی سيستم كنترل

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
مقاله بررسي سيستم كنترل در 24 صفحه ورد قابل ويرايش

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.

معمولاَ، PLCهاي كوچك و «ميني PLCها» به صورت واحدهاي قدرتمند، كارآ و فشرده‌اي طراحي مي‌شوند كه قابل جاسازي بر روي، يا كنار تجهيزات تحت كنترل باشند. آن‌ها عمدتاَ به عنوان جايگزين سيستم‌هاي رله‌اي غيرقابل تغيير توسط اپراتور، تايمر، شمارنده و غيره مورد استفاده قرار مي‌گيرند تا بخش‌هاي مجزا و منفرد كارخانجات يا ماشين‌آلات را كنترل كنند، اما مي‌توان آن‌ها براي هماهنگ كردن عملكرد چند ماشين در تلفيق با يكديگر سود جست.

- ماژول تغذيه:

داراي دو سايز 72*90*55 ميليمتر و 126*90*55 ميليمتر مي‌باشد. با ورودي 85-246 ولت براي كارهاي متفاوت در توانهاي پائين مناسب است و داراي خروجي با رنجهاي زير مي‌باشد:

لازم به ذكر است كه اين ماژولها علاوه بر Expand شدن به لوگو در موارد ديگر نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

كارتهاي حافظه:

آبي: قابل خواندن و نوشتن- عدم حفظ برنامه در هنگام قطع برق

زرد: قابل خواندن و نوشتن- حفظ برنامه در هنگام قطع برق

قرمز: فقط خواندني- حفظ برنامه در هنگام قطع برق

كابل pc: به منظور اتصال ساده و مستقيم LOGO و pc جهت انتقال برنامه از LOGO به pc يا برعكس مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

سيم‌بندي:

در هنگام سيم بندي LOGO ميبايست استاندارد زير و موارد زير رعايت شوند:

ميبايست قطر سيم مصرفي 1.5 يا 2.5 باشد.

كوتاهترين فاصله براي سيم‌بندي در نظر گرفته شود.

مدارات AC, high voltage با سيكلهاي كليدزني سريع و سيم‌هيا سيگنال low voltage از هم ايزوله شوند.

در صورت استفاده از برق سه فاز هر گروه از وروديها به يك فاز خاص متصل شوند. براي يك گروه نمي‌توان از دو فاز اسفتاده كرد.

در LOGO نياز به سيم ارت نيست. (بجز دو مورد زير)

كارتهاي آنالوگ بايد زمين شوند.

در مدلهاي 12/24 به دليل نداشتن ايزولاسيون نياز به زمين است.

براي وروديهاي آنالوگ از كابلهاي بهم تابيده شده و حتي‌المقدور كوتاه استفاده نمائيد.

از اتصال فازهاي مختلف به وروديهاي LOGO پرهيز شود.

در LOGO با ورودي آنالوگ وروديهاي 7 و 8 نبايد براي ديجيتال بكار برده شود.

15 و 16 براي وروديهاي سريع بكار مي‌رود.

ماژولهاي افزايشي ورودي سريع ندارند.

براي اتصال منبع تغذيه بايد به مدارك موجود در قطعه براي سيم‌بندي توجه شود و از اتصال مازي منبع تغذيه و خروجي D.C بعلت وجود جريان معكوس پرهيز شود.

مدل 230 تغذيه مناسب براي ولتاژهاي نامي 115V AC/DC؛ V 240 AC/DC مي‌باشد، و مدلهاي 12 و 24 ولت آن مناسب با ولتاژ 12 ولت DC و 24 ولت DC/ AC مي‌باشد. در تغذيه DC استفاده از فيوز براي حفاظت لازم مي‌باشد.

برنامه‌نويسي:

ماژول LOGO براساس قوانين مدارات منطقي كار مي‌كند و شرايط برنامه‌پذيري آن به وروديهاي يك برنامه بستگي دارد و برنامه‌ريزي از دو طريق امكان‌پذير است:

الف- با استفاده از نرم‌افزار خود LSC (LOGO SOFT COMFORT روي PC و انتقال آن از طريق كابل رابط به LOGO كه در V3.1 اين نرم‌افزار دو زبان برنامه‌نويسي FBD و LDD در دسترسي مي‌باشد. با اجراي برنامه SETUP برنامه LSC از روي CD برنامه اجرا شده و به سادگي نصب مي‌گردد (روي PC).

ب- بصورت محلي و با استفاده از كليدهاي روي دستگاه (در مدلهائي كه DESPLAY هستند).

در هر دو نوع برنامه‌نويسي Connectorها و Blockها وجود دارند.

(Connectors) شامل همه اتصالات و حالتها در LOGO مي‌باشند مانند وروديها خروجيها MEMORY MARKERها و سطوح ثابت ولتاژ.

Blocks: توابعي هستند كه اطلاعات ورودي را به خروجي تبديل مي‌كنند و شامل توابع منطقي (basic Function) و توابع ويژه (Special funcion) مي‌باشند. BF شامل AND, OR, NAND و … مي‌باشند و SFها شامل COUNTER TIMERو … مي‌باشند.

وروديها:

وروديهاي ديجيتال: تنها داراي سطح صفر و يك مي‌باشند.

ورديهاي آنالوگ: LOGOهاي RCO, 12/34 RC, 2424/12 داراي ورودي آنالوگ مي‌باشند.

وروديهاي AS-I وروديهاي IA1 تا IA2 براي ارتباط از طريق باس AS-I در LOGOهائي كه اتصال AS-I را دارند مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

خروجيها:

خروجيهاي LOGO از نوع ديجيتال مي‌باشند و QA1 تا QA4 براي ارتباط از طريق باس AS-I با مدلهائي از LOGO كه اتصال AS-I دارند مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

MEMORY BIT (MARKER)ها:

با حرف M مشخص مي‌شوند. خروجيهاي مجازي مي‌باشند كه همان مقدار ورودي را در خروجي خود دارند. در LOGO هشت عدد MARKER وجود دارد.

STARTUP FLAG:

در اولين سيكل از برنام مصرف كننده تنظيم مي‌شود و متوالياَ بعنوان STARTUP FLAG در برنامه مورد استفاده قرار مي‌گيرند. همچنين M8 مي‌تواند مانند ديگر MARDERها در برنامه مورد استفاده قرار گيرد.

FIXED LEVE:

با HI=1, LO=0 مشخص مي‌شوند.

OPEN CONINECTOR (X):

در مواردي كه نياز به سيم‌بندي نمي‌باشد از اين پايه استفادهه مي‌شود.

از مزاياي اين برنامه اين است كه مي‌توان انواع مدارات را طراحي و در كامپيوتر شخصي تست كرد حتي بدون داشتن LOGO.

براي برنامه‌نويسي مي‌توان از دو زبان برنامه‌نويسي كه در اين نرم‌افزار پس از طراحي به يكديگر تبديل مي‌شوند استفاده نمود.

BFها توابع خواصي مي‌باشند كه با منطقي خاص ورودي/ خروجي را بهم ارتباط مي‌دهند. پايه‌هاي بكار رفته در اين توابع شامل ورودي 1 خروجي Q يا X مي‌باشند. در جايي كه نياز به سيم‌بندي پايه نباشد از X استفاده مي‌شود اين توابع شامل:

AND:

از لحاظ مداري ارتباط سريال تعدادي كنتاكت Normally open مي‌باشند و خروجي در صورتي يك مي‌شود كه كليه وروديها يك باشند.

AND WI TH RLO:

شكل سمت چپ در اين تابع خروجي در صورتي يك مي‌شود كه همه وروديها باشند و حداقل يك ورودي در سيكل قبلي حالت صفر داشته باشد.

NAND:

شامل اتصال موازي تعداد كنتاكت Normaly clos مي‌باشد و خروجي زماني يك مي‌شود كه همه وروديها يك باشند.

AND WI TH RLO:

خروجي ANND زماني يك مي‌شود كه حداقل يك وروي حالت صفر داشته باشد و همه وروديها در سيكل قبل يك باشند.

OR:

شامل اتصال موازي تعداد كنتاكت Normaly open مي‌باشد و خروجي زماني يك مي‌شود كه حداقل يكي از وروديها يك باشند.