PLC چیست؟

  اگر با اتوماسیون صنعتی آشنا باشید، احتمالا PLCها را هم می‌شناسید. اما PLC چیست و چرا در دنیای اتوماسیون تا این حد مهم است؟ PLC مخفف Programmable Logic Controller به معنای «کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌پذیری» است. این‌ها کامپیوترهای صنعتی هستند و موارد استفاده‌شان در کنترل فرآیندهای متفاوت برقی و مکانیکی است که در صنایع، نیروگاه‌ها و دیگر جاهای اتوماسیون استفاده می‌شوند. PLCها اندازه و شکل متفاوتی دارند. برخی از آن‌ها آن‌قدر کوچک هستند که در جیب جا می‌شوند و برخی از آن‌ها بسیار بزرگ‌اند و باید در جایگاه‌های مخصوص قرار بگیرند. برخی PLCها را می‌توان به نحوی تنظیم کرد که برای کاربردهای مختلف صنعتی استفاده شوند. PLCها به این دلیل در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند که سریع هستند، کار با آن‌ها آسان است و برنامه‌نویسی برایشان کار راحتی است. برای برنامه‌نویسی برای PLCها از روش‌های مختلفی می‌شود استفاده کرد، از منطق نردبانی (Ladder Logic) که مبتنی بر رله‌های الکترومکانیکی است تا زبان‌های برنامه‌نویسی که با PLCها سازگار شده‌اند، نظیر Basic و C. اکثر PLCهایی که امروزه استفاده می‌شوند یکی از پنج زبان برنامه‌نویسی را دارند: دیاگرام نردبانی، متن ساختاریافته، دیاگرام بلوک تابع، لیست دستورالعمل‌ها، و نمودار تابع ترتیبی.  

PLC در صنعت

در محیط‌های صنعتی پیشرفته، یک سیستم کنترل صنعتی وجود دارد که وظیفه جمع‌آوری داده، کنترل و نظارتی را بر عهده دارد که به آن اسکادا (SCADA) گفته می‌شود. از اسکادا برای کنترل فرایندهای زیرساختی، فرایندهای صنعتی و یا فرایندهای مبتنی بر تجهیزات(Facility-Based)  استفاده می‌شود. در سیستم‌های اسکادا سیستم‌های SCADA و HMI به کاربران این امکان را می‌دهند که داده‌های موجود در کارخانه را مشاهده کنند و یک رابط در اختیارشان قرار می‌دهند تا ورودی کنترل را وارد کنند. PLCها در چنین سیستم‌هایی نقشی حیاتی دارند. یک PLC به عنوان رابط فیزیکی بین دستگاه‌های کارخانه و یک سیستم SCADA یا HMI عمل می‌کند.  HMI مخفف عبارت Human Machine Interface است و یک رابط بين انسان و ماشين است. از آن براي مانيتور كردن و مشاهده و تنظیم پارامترهاي دستگاه هاي صنعتي مثل PLC  استفاده می‌شود. HMI داده‌‌ها را جمع‌آوری نمی‌کند بلکه در واقع يك مانيتور با رابط گرافیکی است داده‌ها را به صورت قابل رویت به اپراتور گزارش می‌کند. PLCها با فرآیندهای خودکار، مانند خطوط تولید، یا دستگاه‌های رباتیک سر و کار دارند و ارتباط بین آن‌ها را برقرار می‌سازند، بر آن‌ها نظارت دارند و فرآیندهایشان را کنترل می‌کنند.  

کارکردها

کارکرد یک PLC در سه دسته قرار می‌گیرد: ورودی، خروجی و پردازشگر مرکزی. PLC داده‌ها را از ماشین‌ها و دستگاه‌ها دریافت می‌کند. داده‌های ورودی در بخش پردازشگر مرکزی پردازش می‌شوند. کار پردازشگر مرکزی این است که داده‌ها را با منطق خود پردازش کند. پردازنده، برنامه‌ای که کاربر وارد کرده را روی داده‌ها اعمال کرده و داده‌های خروجی را تولید می‌کند یا این که دستورهایی به ماشین‌های متصل می‌فرستد. دو نوع ورودی اصلی داریم: داده‌هایی که دستگاه‌ها و ماشین‌ها تولید می‌کنند و داده‌هایی که انسان وارد می‌کند. داده‌های حسگرها و ماشین‌ها به PLC ارسال می‌شوند. این داده‌ها می‌توانند نشان دهند که آیا سوییچ‌های مکانیکی، دکمه‌ها و انکودرها، روشن هستند یا خاموش؛ یا این که دما، فشار، و سطح مایع بالا است یا پایین؛ یا این که پمپ‌ها و شیرها باز هستند یا بسته. داده‌هایی که انسان وارد می‌کند شامل این موارد می‌شود: فشردن دکمه‌ها و سوییچ‌ها و تنظیم حسگرها. کاربران با استفاده از صفحه کلید، صفحات لمسی، کنترل از راه دور، یا کارت‌خوان، این داده‌ها را وارد می‌سازند. خروجی‌ها هم یا کارهای فیزیکی هستند یا نتایجی که به نمایش درمی‌آیند و مطابق با ورودی‌ها هستند. یک خروجی می‌تواند استارت زدن موتور، روشن کردن نور، تخلیه یک دریچه، بالا بردن گرما یا خاموش کردن پمپ باشد. خروجی‌هایی که به نمایش درمی‌آیند هم به دستگاه‌هایی مانند چاپگرها، پروژکتورها، جی‌پی‌اس‌ها، یا نمایشگرها ارسال می‌شوند PLCها کارهایشان را در چرخه‌های پیاپی انجام می‌دهند. در ابتدای کار، PLC وضعیت همه دستگاه‌های ورودی متصل را تشخیص می‌دهد. PLC سپس منطقی که کاربر وارد کرده را اعمال می‌کند و با ورودی‌هایی که دارد اجرا می‌کند. PLC سپس دستورها را به دستگاه‌های متصل ارسال می‌کند و آن‌ها را خاموش یا روشن می‌سازد. پس از همه این مراحل، PLC یک بررسی ایمنی انجام می‌دهد تا مطمئن شود که همه چیز در وضعیت طبیعی قرار دارد. PLC پس از هر بار که فرآیند کامل می‌شود، چرخه را از نو آغاز می‌کند. PLCها به صورت سنتی با استفاده از روش پولینگ (سرکشی کردن) کار می‌کنند. در یک کارخانه محلی، این کار کاملا جواب می‌دهد، چرا که فواصل ارتباطی، نزدیک است و بسیاری از برنامه‌ها در داخل سخت‌افزار کد شده است. PLCها به این ترتیب مرتب با هم ارتباط برقرار می‌کنند تا تغییرات در داده‌ها را بررسی کنند. اما حالا اینترنت اشیای صنعتی (IIoT) رواج بیشتری یافته و نیاز به این وجود دارد که داده‌ها از مناطق دوردست جمع‌آوری شوند. به این ترتیب PLCها و دستگاه‌های محاسباتی بیشتری باید در لبه شبکه قرار بگیرند. این دستگاه‌ها فاصله زیادی با هم دارند و در آن‌ها از شبکه‌های سلولی استفاده می‌شود. اگر در این‌جا از روش پولینگ استفاده شود، هزینه بسیار بالایی به سیستم تحمیل می‌شود. به همین دلیل، از یک پروتکل جدید برای ارتباط بین دستگاه‌ها استفاده می‌شود. PLCهای مدرن از پروتکل‌های ارتباطی مدرن استفاده می‌کنند ولی PLCهای قدیمی نیاز به سخت‌افزارهایی دارند تا بتوانند در سیستم‌های جدید کار کنند. معماری جدید IIoT را می‌توان روی زیرساخت‌های قدیمی‌تر هم پیاده‌سازی کرد. حالا، محصولات جدیدی دارند به بازار می‌آیند، مانند PACها که ترکیبی از PLC و کامپیوترهای شخصی (PC) هستند. اما با این حال، PLCها همچنان به دلیل سادگی، قیمت پایین، و کارآمد بودنشان محبوب‌اند.