معرفی اجزای اصلی PLC: از CPU تا ماژول‌ها

کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه ‌ریزی یا PLCها نیروی کار ضروری در اتوماسیون صنعتی مدرن هستند. این کامپیوترهای دیجیتالی قوی برای کنترل فرآیندها و ماشین ‌آلات پیچیده با قابلیت اطمینان و دقت قابل توجهی طراحی شده‌اند. آنها مغز متفکر بسیاری از عملیات صنعتی هستند که همه چیز، از خطوط مونتاژ گرفته تا کارخانجات فرآوری شیمیایی را […]

کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه ‌ریزی یا PLCها نیروی کار ضروری در اتوماسیون صنعتی مدرن هستند. این کامپیوترهای دیجیتالی قوی برای کنترل فرآیندها و ماشین ‌آلات پیچیده با قابلیت اطمینان و دقت قابل توجهی طراحی شده‌اند. آنها مغز متفکر بسیاری از عملیات صنعتی هستند که همه چیز، از خطوط مونتاژ گرفته تا کارخانجات فرآوری شیمیایی را مدیریت می‌کنند. اما دقیقاً چه چیزی باعث می شود تا تمام اجزای اصلی PLC اعم از CPU تا ماژول‌ها به این اندازه مؤثر عمل کند؟

درک جامع از اجزای اصلی PLC نه تنها سودمند است، بلکه برای هر کسی که در طراحی، پیاده‌سازی یا نگهداری سیستم‌های اتوماسیون صنعتی دخیل است، کاملاً حیاتی است. این مقاله نگاهی عمیق به این عنصرهای سازنده اساسی خواهد داشت، و از واحد پردازش مرکزی گرفته تا ماژول‌های ورودی/خروجی مختلف و فراتر از آن را بررسی خواهد کرد.

تعریف

در هسته اصلی هر سیستم PLC، واحد پردازش مرکزی یا CPU آن قرار دارد. این احتمالاً یکی از مهمترین اجزای اصلی PLC است. CPU اساساً “مغز” PLC است، که وظیفه اجرای منطق برنامه ریزی شده، انجام محاسبات پیچیده و هماهنگی دقیق فعالیت های تمام اجزای دیگر درون سیستم را بر عهده دارد. CPU با خواندن داده‌های ورودی از دستگاه‌های متصل، پردازش این داده‌ها مطابق با دستورالعمل‌های برنامه ریزی شده که در حافظه قرار دارند، و سپس تولید سیگنال‌های خروجی برای کنترل محرک‌های مختلف عمل می‌کند.

CPU های مختلف طیف گسترده‌ای از قدرت پردازش، ظرفیت حافظه و سرعت عملکرد را ارائه می‌دهند. این ویژگی به طراحان سیستم این امکان را می دهد تا CPUای را انتخاب کنند که به طور خاص با نیازهای منحصر به فرد کاربرد آنها مطابقت داشته باشد. به عنوان مثال، یک بازوی رباتیک ساده قدرت پردازش کمتری نسبت به یک سیستم بسته بندی چند مرحله ای پیچیده دارد.

بنابراین CPU همچنان یکی از حیاتی‌ترین اجزای اصلی PLC است. دسترسی به برنامه های آموزش PLC موثر، مهندسان را قادر می سازد تا از قدرت و پتانسیل کامل PLC ها برای ایجاد راه حل‌های اتوماسیون کارآمد، قابل اعتماد و مقیاس پذیر که نیازهای در حال تحول صنعت مدرن را برآورده می کنند، استفاده کنند.

 سیستم حافظه

حافظه یکی دیگر از عناصر مهم هنگام بررسی اجزای اصلی PLC است. سیستم حافظه PLC جایی است که برنامه تعریف شده توسط کاربر، سیستم عامل که بر عملکرد اصلی PLC حاکم است و تمام داده هایی که CPU در طول عملیات خود باید به آنها دسترسی داشته باشد و آنها را دستکاری کند، در آن ذخیره می شود. سیستمی که ظرفیت حافظه کافی ندارد به سرعت محدودیت های خود را نشان می دهد. بنابراین، حافظه کافی و مناسب یکی از کلیدی ترین اجزای اصلی PLC مورد نیاز برای عملکرد قابل اعتماد و کارآمد است.

معمولاً از انواع مختلف حافظه استفاده می شود، از جمله RAM) حافظه با دسترسی تصادفی) برای ذخیره موقت داده ها در طول اجرای برنامه، ROM) حافظه فقط خواندنی) برای ذخیره نرم افزار و سیستم عامل دائمی، و اغلب EEPROM)حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی با قابلیت پاک شدن الکتریکی) یا حافظه فلش برای ذخیره نسخه های پشتیبان از برنامه کنترل کاربر. نوع و میزان حافظه موجود مستقیماً بر پیچیدگی و اندازه برنامه کنترلی که یک PLC خاص قادر به اداره آن است، تأثیر می گذارد.

 

معرفی-اجزای-اصلی-plc-از-cpu-تا-ماژولها

 

منبع تغذیه

منبع تغذیه، اگرچه اغلب نادیده گرفته می شود، یک جنبه اساسی از اجزای اصلی PLC را تشکیل می دهد. نقش اصلی آن تأمین برق الکتریکی لازم، درست و قابل اعتماد به تمام اجزای درون سیستم PLC، از جمله: CPU، حافظه، ماژول‌های ورودی/خروجی و رابط های ارتباطی است. منابع تغذیه برای قابلیت اطمینان بالا طراحی شده‌اند و اغلب دارای ویژگی های پیچیده ای مانند: حفاظت از نوسانات و فیلتر کردن هستند، که از عملکرد مداوم حتی در حضور نویزهای الکتریکی و نوسانات که در محیط های صنعتی رایج هستند، اطمینان حاصل می‌کنند.

ماژول‌ها

فراتر از اجزای اصلی پردازش و مدیریت توان، با ماژول‌های ورودی و خروجی (I/O) روبرو می شویم که به عنوان رابطی حیاتی بین سیستم PLC و دنیای خارج عمل می کنند. این ماژول‌های I/O، PLC را قادر می سازند تا هم داده ها را از تعداد زیادی سنسور و دستگاه‌های میدانی دریافت کند و هم سیگنال های کنترلی را به محرک ها و تجهیزات کنترل شده مختلف ارسال کند. ماژول‌های ورودی وظیفه به دست آوردن سیگنال ها از دستگاه‌هایی مانند: سوئیچ های محدود، سنسورهای مجاورتی، دکمه های فشاری، سنسورهای فشار، فرستنده های دما و بسیاری از دستگاه‌های حسگر دیگر را بر عهده دارند.

در مقابل، ماژول‌های خروجی سیگنال هایی را به محرک هایی مانند: موتورها، شیرهای برقی، سیلندرهای پنوماتیک، چراغ ها، رله ها و سایر اشکال تجهیزات کنترل شده ارسال می کنند. تنوع و سازگاری قابلیت‌های I/O نشان می دهد که چرا انواع مختلف ماژول‌های I/O جزو اجزای اصلی PLC هستند. ماژول‌های ورودی را می توان به طور کلی به دو دسته دیجیتال یا آنالوگ تقسیم کرد. ماژول‌های ورودی دیجیتال فقط دو حالت گسسته را تشخیص می دهند – روشن یا خاموش – و معمولاً برای حس کردن وضعیت سوئیچ ها، رله‌ها و سنسورهای ساده روشن/خاموش استفاده می شوند.

از طرف دیگر، ماژول‌های ورودی آنالوگ می توانند محدوده پیوسته سیگنال های الکتریکی مانند: ولتاژ یا جریان را پردازش کنند، و امکان اندازه گیری دقیق طیف گسترده ای از متغیرهای فیزیکی مانند: دما، فشار، نرخ جریان، سطوح مایع و سایر پارامترهای حیاتی را فراهم می کنند. به طور مشابه، ماژول‌های خروجی نیز می توانند دیجیتال یا آنالوگ باشند، و سیگنال های گسسته روشن/خاموش را برای کنترل دستگاه ها ارسال می کنند یا سیگنال متغیری را برای تعدیل دستگاه‌های آنالوگ مانند: شیرهای کنترل تناسبی یا درایوهای سرعت متغیر ارسال می کنند.

صفحه پشتی

صفحه پشتی در محفظه قفسه ای یکپارچه ساختار فیزیکی برای قرار دادن و اتصال اجزای مختلف سیستم PLC  را فراهم می کند. صفحه پشتی یک پنل اتصال الکتریکی با شکاف‌هایی است کهCPU ، منبع تغذیه، ماژول‌های I/O  و ماژول‌های ارتباطی در آن قرار گرفته و به هم متصل خواهند شد. این چارچوب قوی نه تنها یک نصب فیزیکی ایمن برای اجزای اصلی PLC فراهم می کند، بلکه ارتباط و توزیع برق را نیز به ماژول‌های مختلف تسهیل می کند.

دستگاه‌های برنامه نویسی

دستگاه‌های برنامه نویسی مانند: کامپیوتر، لپ تاپ یا واحدهای برنامه نویسی دستی تخصصی، به عنوان ابزارهای اساسی برای توسعه، دانلود و نظارت بر برنامه های کنترل PLC عمل می کنند و در مباحث مرتبط در خصوص اجزای اصلی PLC مهم هستند. این دستگاه‌های برنامه نویسی مجهز به نرم افزار خاص بوده و مهندسان را قادر می سازد تا برنامه های PLC را نوشته، ویرایش، کامپایل و آزمایش کنند. تا در نهایت مشخص می‌کند که کنترل کننده چگونه به سیگنال های ورودی پاسخ داده و پاسخ های خروجی مناسب را تولید می‌کند.

عملکرد و تعامل

درک جامع از عملکرد و تعامل هر یک از اجزای اصلی PLC جنبه جدایی ناپذیر از آموزش PLC است. آموزش سیستم PLC مناسب برای مجهز کردن مهندسان و تکنسین‌ها به مهارت های لازم برای انتخاب اجزای اصلی PLC  مناسب  حائز اهمیت است. مهندسین با آموزش PCL جهت کاربردی خاص، برنامه ریزی کارآمد آن، عیب یابی موثر مشکلات و انجام وظایف تعمیر و نگهداری با اطمینان نیازمند یادگیری و درک از عملکرد سیستم خواهند بود. این دانش و تخصص برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد و کارآمد سیستم‌های اتوماسیون صنعتی مدرن ضروری است.

سیستم عامل

سیستم عاملی که در CPU تعبیه شده و در حافظه ذخیره می شود، نیز در دسته اجزای اصلی PLC قرار می‌گیرد. این نرم افزار بنیادی عملکردهای اصلی PLC را مدیریت می کند، اجرای برنامه کاربر را هماهنگ می‌کند، ارتباط با ماژول‌های I/O را تسهیل می کند و وظایف سطح سیستم دیگر را انجام می دهد. این نرم افزار به طور کلی برای کاربر شفاف است، اما برای عملکرد PLC حیاتی است، زیرا تمام اجزای اصلی PLC دیگر را قادر می سازد تا با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و به طور یکپارچه کار کنند.

 

معرفی-اجزای-اصلی-plc-از-cpu-تا-ماژولها

 

نتیجه گیری

در نهایت، سیستم‌های خنک کننده، اگرچه اغلب بلافاصله قابل مشاهده نیستند، اما همچنان از اجزای اصلی PLC به ویژه برای سیستم‌های PLC بزرگ و قدرتمندتر هستند. اجزای داخلی PLC ها در طول عملکرد عادی گرما تولید می کنند و گرمای بیش از حد می‌تواند قابلیت اطمینان و عملکرد آنها را به خطر بیندازد. سیستم‌های خنک کننده مانند: فن، هیت سینک یا حتی سیستم‌های خنک کننده مایع، برای حفظ دمای کارکرد مطلوب تمام اجزا استفاده می شوند و از پایداری و طول عمر سیستم اطمینان حاصل می کنند.

مدیریت دمای اجزای اصلی PLC اغلب یک ملاحظه اساسی برای عملکرد قابل اعتماد است. عملکرد و کارایی کلی یک سیستم PLC به نحوه تعامل و کار یکپارچه تمام عناصر اصلی، از جمله: CPU، حافظه، منبع تغذیه، انواع ماژول‌  I/O، انواع ماژول‌ ارتباطی و قابلیت‌های گسترش بستگی دارد. درک کامل از عملکرد و عملیات این اجزای اصلی PLC برای هر کسی که به دنبال پیاده سازی، عیب یابی یا نگهداری سیستم‌های اتوماسیون صنعتی است، کاملاً حیاتی است.