پروژه کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر

قسمتی از متن:

كنترل چیست؟

در زندگی روزمره، واژه كنترل بسیار بكار برده می‌شود و اصطلاحاتی نظیر كنترل رشد جمعیت، ترافیك و غیره در گفتگو‌های روزمره بسیار شنیده می‌شود. معمولاً كلمه كنترل وقتی به كار برده می‌شود كه نوعی مهاركردن و تسلط بر یك پدیده مورد نظر باشد. علاقه انسان به تحت اختیار درآوردن و تسلط بر پدیده‌ها باعث پیدایش شاخه جدیدی از دانش‌ها به نام عمل كنترل گردیده است.

علم كنترل، علمی است كه در مورد چگونگی تحت اختیار در آوردن و هدایت رفتار‌های پروسة ها (فرآیند یا پدیده‌ای كه مایل به تحت اختیار در آوردن آن هستیم) صحبت می‌كند.

1-1- خودكارسازی (اتوماسیون)

یك سیستم كنترل كه بدون دخالت عامل انسانی و خود به خود قادر به تنظیم خروجی باشد را سیستم كنترل خودكار یا اتوماتیك می‌گوییم. خط سیر و هدف همة صنایع به سمت افزایش تولید بیشتر می‌باشد و این خط سیر از میان خودكارسازی یا اتوماسیون فرآیند‌ها و ماشین آلات می گذرد. خودكار‌سازی ممكن است به دلیل افزایش كمیت محصول و یا بهبودی در كیفیت و دقت آن صورت بگیرد. اما به هر شكل، این روند همواره با جایگزینی برخی یا همة اعمال و ورودی‌های انسانی مورد نیاز جهت انجام و كنترل عملكرد‌های ویژه، همراه می‌باشد. بسیاری از كارخانه‌ها و كارگا‌ه‌ها به جای اینکه كارگران را عملاً و به طور فیزیكی با انجام وظایف درگیر كنند. از آنها جهت كنترل ماشین‌ها و تجهیزات استفاده می نمایند. این نوع از كنترل نیازمند كارگری است كه نحوه عمل یك فرآیند بخصوص را می داند.

و نیز می داند كه چه ورودی‌هایی نیاز است تا خروجی در سطح دلخواه باقی بماند.

اما به منظور تحقق خودكارسازی یك فرآیند، اپراتور‌ها و كارگران باید توسط شكلی از سیستم‌های خودكار جایگزین گردند. سیستم‌های خودكار قادرند فرآیند را بدون مداخله انسان یا با دخالت اندك كنترل كنند. این امر نیازمند سیستمی است كه قادر باشد یك فرآیند را راه ‌اندازی كرده و آن را متوقف كند.

كنترل اتوماتیك

هر سیستم کنترل را به سه بخش اصلی می توان تقسیم كرد: ورودی، بخش پردازشگر و خروجی.

وظیفه بلوك پردازشگر یا كنترل‌گر، تهیه خروجی به شكل و اندازه دلخواه‌ از سیگنال‌های متفاوت ورودی می‌باشد.

روش‌های مختلفی برای اجرای توابع كنترلی جهت به دست آوردن خروجی‌های مشابه از ورودی های یكسان موجود می‌باشد كه می توان از آن به عنوان بلوك كنترل استفاده كرد. همچنین در كنترل یك سیستم توسط یك اپراتور از نوع انسانی، اپراتور، هم‌ارز بلوك كنترل‌گر یا بخش پردازشگر است. زیرا این اپراتور است كه می داند چه خروجی دلخواهی مورد نیاز است، بنابراین بطور بصری یا بوسیلة وسایل اندازه‌گیری در حال اندازه‌گیری و قرائت مداوم متغیر‌های مربوطه، یعنی ورودی‌ها می‌باشد و بسته به اطلاعات بدست آمده، عكس العمل لازمه را نشان خواهد داد و مقادیر پیش داده بلوك كنترل را تغییر خواهد داد تا خروجی دلخواه حاصل شود.

ورودی‌ها 

سیگنال‌های ورودی معمولاً توسط مبدل‌های (Transducer) مختلفی كه كیفیت‌های فیزیكی را به سیگنال‌های الكترونیكی تبدیل می‌كنند فراهم می‌شوند. این مبدل‌ها می‌توانند یك كلید فشاری ساده، ترموستات یا كشش سنج و غیره باشند همگی آنها اطلاعات مربوط به كمیت اندازه‌گیری شده را به بخش پردازشگر انتقال می دهند. بسته به نوع مبدل استفاده شده این اطلاعات می توانند به صورت دودویی (دیجیتال) یا پیوسته (آنالوگ) باشند كه به عنوان كمیت ورودی ارائه می‌شوند.

خروجی‌ها

چنانچه قرار باشد كه یك سیستم كنترل بر طریقة عملكرد یك فرآیند، دخالت و تسلط داشته باشد، بایستی قادر به تغییر عناصر كلیدی یا كمیت های مهم فرآیند باشد. این‌ كار با استفاده از المان‌های خروجی از قبیل پمپ‌ها، موتور‌ها، پیستون‌ها، رله‌ها و غیره تحقق می پذیرد. این المان‌ها، سیگنال‌های سیستم كنترل را به دیگر كمیت‌های مورد نیاز، تبدیل می‌كنند. به عنوان مثال، یك موتور، سیگنال‌های الكتریكی اخذ شده از سیستم كنترل را به حركت دورانی تبدیل می‌كند. به بیان دیگر المان‌های خروجی نیز به گونه‌ای، نوعی از مبدل‌ها می باشند. همانند مبدل‌های ورودی، المان‌های خروجی نیز می توانند واحد‌های ساده دودویی و یا متغیر‌های پیوسته در حوزه تغییری بین حالت كاملاً خاموش تا كاملاً روشن (آنالوگ) باشند.

 بخش پردازشگر یا بلوك كنترل

این بلوك مشابه با دانسته‌های اپراتور در مورد عملكرد سیستم است كه به این دانسته‌ها، جهت تحت كنترل باقی‌ماندن یك فرآیند نیاز می‌باشد. اپراتور از این آگاهی و نیز مهارت خود استفاده می‌كند و با تلفیق كردن آن با اطلاعات بدست آمده از اندازه‌گیری ورودی، خروجی مطلوب را تولید می‌كند. در سیستم‌های كنترل اتوماتیك، طرح استفاده شده به عنوان بلوك كنترل این وظیفه را به عهده دارد و با توجه به اطلاعات اخذ شده از سیگنال ورودی، خروجی مطلوب را تهیه می‌كند. این طرح كنترلی به دو روش متفاوت قابل اجرا است: با استفاده از سیستم‌های كنترل غیر قابل تغییر توسط اپراتور و نیز با استفاده از كنترل كننده‌های قابل برنامه‌ریزی. در سیستم‌های غیر قابل تغییر توسط اپراتور وقتی كه سیستم كنترل ساخته شد و عناصر آن به یكدیگر مرتبط شدند، دارای توابع و برنامة ثابتی خواهند شد كه دیگر به وسیلة اپراتور امكان تغییر در آن وجود ندارد. اما در یك سیستم قابل برنامه‌ریزی، توابع و وظایف كنترلی، برنامه‌ریزی شده و در یك واحد حافظه ذخیره می‌شوند و اگر ضرورتی پیش آمد، می‌توانند بوسیلة برنامه‌ریزی مجدد تغییر داده شوند.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                              صفحه

فصل اول                           مقدمه‌ای بر علم كنترل و مفاهیم منطقی

1-1- خود كارسازی (اتوماسیون)............................................................................ 2

كنترل اتوماتیك........................................................................................................... 3

ورودی ها ................................................................................................................. 4

خروجی‌ها .................................................................................................................. 5

بخش پردازشگر یا بلوك كنترل ................................................................................ 5

1-2- سیستم‌های دیجیتال و آنالوگ.......................................................................... 7

كنترل آنالوگ.............................................................................................................. 8

كنترل دیجیتال ........................................................................................................... 9

1-3- انواع فرآیندهای صنعتی................................................................................... 10

فرآیندهای پیوسته ..................................................................................................... 10

فرآیندهای مرحله‌ای .................................................................................................. 11

تولید گام به گام......................................................................................................... 11

1-4- استراتژی كنترل .............................................................................................. 12

كنترل حلقه باز........................................................................................................... 12

كنترل پیش خور......................................................................................................... 13

كنترل حلقه بسته........................................................................................................ 14

1-5- كنترل كننده‌های پیوسته................................................................................... 15

1-6- سیستم‌های كنترل متداول................................................................................ 16

سیستم‌های رله‌ای...................................................................................................... 16

سیستم‌های الكترونیكی............................................................................................... 18

حافظه ........................................................................................................................ 21

ریزپردازنده .............................................................................................................. 24

1-7- كامپیوتر در كنترل .......................................................................................... 25

فصل 2                             كنترل كننده‌های قابل برنامه‌ریزی (PLC)

2-1- مقدمه............................................................................................................... 27

2-2- نگاهی گذرا بر تاریخچه PLC........................................................................... 28

2-3- مقایسه PLC با سایر سیستم‌های كنترلی......................................................... 31

2-4- سخت افزار PLC.............................................................................................. 33

واحد پردازش مركزی (CPU).................................................................................... 34

حافظه ........................................................................................................................ 35

حجم حافظه................................................................................................................ 38

واحدهای ورودی و خروجی .................................................................................... 39

واحدهای برنامه‌ریزی................................................................................................ 43

2-5- انواع سیستم‌های PLC...................................................................................... 44

PLC های كوچك........................................................................................................ 45

PLC های متوسط ...................................................................................................... 46

PLC های بزرگ......................................................................................................... 47

فصل 3                                     مقدمه‌ای بر زبان برنامه‌نویسی S5

3-1- اشكال مختلف نمایش برنامه............................................................................ 52

روش نمایش نردبانی ................................................................................................ 52

روش نمایش فلوچارتی ............................................................................................. 53

روش نمایش عبارتی ................................................................................................. 54

3-2- سیكل زمانی اجرای برنامه.............................................................................. 57

3-3- برنامه‌نویسی سازمان یافته.............................................................................. 58

بلوك‌های برنامه (PB) ............................................................................................... 59

بلوك‌های ترتیبی (SB)................................................................................................. 59

بلوك‌های تابع ساز (FB) ........................................................................................... 60

بلوك‌های اطلاعاتی (DB)............................................................................................ 61

بلوك‌های سازماندهی (OB)........................................................................................ 61

3-4- عملوند های مورد استفاده در زبان S5 .......................................................... 62

3-5- دستور العمل‌های زبان S5 .............................................................................. 62

دستور العمل‌های اصلی ............................................................................................ 62

دستور العمل‌های تكمیلی............................................................................................ 63

دستور العمل‌های سیستم........................................................................................... 63

3-6- خواندن صفر.................................................................................................... 63

3-7- كنتاكت در حالت عادی باز .............................................................................. 64

3-8- كنتاكت در حالت عادی بسته............................................................................ 64

3-9- كاربرد پرانتز ها در برنامه نویسی به روش STL .......................................... 66

3-10- فلگ یا پرچم................................................................................................... 68

3-11- بیت RLO........................................................................................................ 70

3-12- ست وری ست در فلگ‌ها و خروجی‌ها.......................................................... 70

3-13- دستور NOP 0 .............................................................................................. 73

3-14- كانكتور.......................................................................................................... 76

3-15- برنامه‌نویسی یك تشخیص دهندة لبه پالس.................................................... 77

3-16- دستور پرش غیر شرطی............................................................................... 79

3-17- دستور پرش شرطی...................................................................................... 79

3-18- دستور‌های بارگذاری و انتقال ...................................................................... 80

دستور L ................................................................................................................... 81

دستور T ................................................................................................................... 82

3-19- موارد استفادة آكومولاتور............................................................................ 83

دستور جمع دو عدد................................................................................................... 83

دستور تفریق.............................................................................................................. 84

3-20- مقایسه كننده‌ها.............................................................................................. 84

3-21- شمارنده‌ها..................................................................................................... 88

3-22- تایمرها........................................................................................................... 92

تایمر پله‌ای (SP)......................................................................................................... 96

تایمر پله‌ای گسترده (SE)........................................................................................... 97

تایمر با تأخیر روشن (SD) ....................................................................................... 98

تایمر با تأخیر خاموش (SF)....................................................................................... 99

تایمر با تأخیر ماندگاری (SS)................................................................................ 100

دستورهای اعلام پایان برنامه .............................................................................. 101

فصل 4                                         روش برنامه نویسی

4-1- روش برنامه‌نویسی..................................................................................... 105

4-2- بلوك‌های اطلاعاتی (DB) ............................................................................ 112

4-3- بلوك‌های تابع ساز (FB).............................................................................. 119

4-4- دستورات تكمیلی ........................................................................................ 125

دستور AW............................................................................................................ 125

دستور OW .......................................................................................................... 126 دستور XOW         127

دستور CFW......................................................................................................... 127

دستور CSW......................................................................................................... 128

دستور SLW.......................................................................................................... 128

دستور SRW.......................................................................................................... 129

دستور I................................................................................................................. 129

دستور D .............................................................................................................. 130

دستور ADD.......................................................................................................... 130

دستور JZ.............................................................................................................. 131

دستور JN ............................................................................................................ 132

دستور JP.............................................................................................................. 132

دستور JM............................................................................................................. 132

فصل پنجم                                   شیوه‌های كنترل فرآیند

5-1- كنترل فرآیند................................................................................................ 136

برنامه‌های تركیبی ................................................................................................ 136

برنامه‌های ترتیبی ................................................................................................. 136

5-2- دستور DO.................................................................................................. 144

5-3- ارسال پیام‌های خطا بر روی صفحه نمایش .............................................. 145

5-4- ساختار برنامه‌های ترتیبی .......................................................................... 148

فصل ششم           قابلیت های پیشرفته كنترل كننده‌های قابل برنامه‌ریزی

6-1- ماژول های ورودی/خروجی دیجیتال......................................................... 170

6-2- ماژول‌های وظایف ویژه ............................................................................. 170

محدودة وظایف ماژول‌ها...................................................................................... 171

6-3- واحدهای ورودی/خروجی آنالوگ.............................................................. 172

تبدیل آنالوگ به دیجیتال ....................................................................................... 172

ورودی‌های A/D.................................................................................................... 173

برنامه‌ریزی ورودی های آنالوگ.......................................................................... 173

نقاط توقف............................................................................................................. 174

كاربردهای آنالوگ به دیجیتال ............................................................................. 175

6-4- ماژول‌های دیجیتالی به آنالوگ.................................................................... 175

نحوه عمل ............................................................................................................. 176

كاربردها ............................................................................................................... 176

اطلاعات مربوط به نقایص و وضعیت آنالوگ....................................................... 177

6-5- ماژول‌های بهسازی سیگنال........................................................................ 177

6-6- توابع كنترل پیوسته..................................................................................... 178

ماژول‌های PID...................................................................................................... 179

برنامه‌ریزی ماژول‌های PID.................................................................................. 180

ماژول‌های كنترل – PID كاربردها ....................................................................... 181

6-7- دیاگرام های گرافیكی و فرآیندنما............................................................... 181

تأثیر بر روند اجرای فرآیند................................................................................... 183

برنامه‌ریزی نمودارهای فرآیند نمای پروسة........................................................ 184

6-8- ورودی/خروجی راه در ارتباطات............................................................... 185

فصل هفتم                                ارتباطات PLC و خود كارسازی

7-1- ارتباطات PLCها ......................................................................................... 188

استفاده‌های معمول از پورت‌ها یا در گاه‌های ارتباطی PLC ................................ 188

ارتباطات سریال – RS232 و شاخه‌های مشتق شده از آن ................................... 189

الزامات ارتباطات استاندارد .................................................................................. 190

فواصل انتقال ........................................................................................................ 191

حلقه جریان 20MA ............................................................................................... 192

RS 422 – RS423 .................................................................................................. 193

7-2- كنترل جریان داده ...................................................................................... 193

پروتكل برای انتقال ............................................................................................... 194

7-3- داده‌های ارسال شده از طریق خطوط ارتباطی PLC................................... 195

7-4- ارتباطات بین چند PLC ............................................................................... 196

7-5- شبكه‌های محلی .......................................................................................... 197

PLC ها و شبكه ها ............................................................................................... 198

7-6- كنترل توزیع شده ....................................................................................... 198

محدوده نیازها ...................................................................................................... 199

پیكر بندی های شبكه ها........................................................................................ 199

دسترسی و كنترل كانال ....................................................................................... 200

پروتكل ها ............................................................................................................. 200

7-7- استانداردهای شبكه – ISO،. IEEE، MAP................................................... 201

ISO – اتصال داخلی سیستم‌های باز .................................................................... 201

GMMAP نگاهی به مشخصات ............................................................................. 202

مقایسه با اینترنت................................................................................................... 203

اجرای استاندارد MAP.......................................................................................... 203

MAP در ارتباطات سطح كارخانه‌ای و سیستم های باز ...................................... 204

كارایی MAP ......................................................................................................... 204

شبكه‌های انحصاری PLC .................................................................................... 205

ماژول‌های واسطه شبكه ...................................................................................... 205

شبكه‌های محلی تطبیق پذیر................................................................................... 206

فصل هشتم                                           كاربرد PLC

8-1- كاربرد PLC ها در رباتیك.......................................................................... 209

كاربرد PLC به عنوان یك كنترل كننده ربات........................................................ 209

كنترل توالی محدود............................................................................................... 210

انعطاف پذیری....................................................................................................... 210

كنترل‌های توالی و تركیبی..................................................................................... 210

فصل نهم                  انتخاب، نصب و راه‌اندازی سیستم‌های PLC

9-1- روند طراحی برای سیستم‌های PLC .......................................................... 213

9-2- انتخاب یك كنترل كننده قابل برنامه‌ریزی .................................................. 213

الزامات ورودی/خروجی ...................................................................................... 214

حافظه و الزامات برنامه‌ریزی .............................................................................. 215

9-3- نصب........................................................................................................... 216