پیشینه و کاربرد پی ال سی در صنعت

پی ال سی یا همان  Programmable Logic Controller که با نام کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی یا PLC شناخته می شوند در واقع کامپیوتری است که برای کارکرد ایمن در محیط‌های صنعتی خشن نظیر محیط هایی با دماهای شدید، محیط مرطوب، خشک و یا شرایط گرد و غبار طراحی شده است. در واقع PLC ها به یک وسیله ضروری برای خودکارسازی فرآیندهای تولید مانند خط مونتاژ کارخانه تولید، کارخانه فرآوری سنگ معدن یا تصفیه خانه فاضلاب تبدیل شده‌اند.

پیشینه و کاربرد پی ال سی در صنعت
پیشینه و کاربرد پی ال سی در صنعت

تاریخچه پی ال سی

پی ال سی که در دهه 1960 توسعه یافت، عملا اندازه چمدان بود و برنامه های منطقی را قبل از بارگذاری روی دستگاه با صفحه کلید عددی، روی یک تخته پیش نویس نیاز داشت. از آن زمان، پی ال سی ها برای همگامی با تقاضاها و پیچیدگی های روزافزون تولید مدرن، کوچکتر، سریعتر و قدرتمندتر شده اند.

اولین پی ال سی

اولین کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی به عنوان راه‌حلی برای جایگزینی بانک‌های بزرگ رله‌ها و تایمرهای سیم‌کشی شده توسعه داده شدند. در آن زمان، استفاده از رله ها و تایمرها برای برنامه هایی که اکنون توسط پی ال سی ها مدیریت می شوند، چالش های متعددی را به همراه داشت. بیشتر این چالش ها ناشی از نیاز به استفاده از چندین رله برای کنترل تنها یک ماشین بود که فضای زیادی را اشغال می کرد. علاوه بر این رله ها باید به ترتیب خاصی سیم کشی می شدند تا دستگاه به درستی کار کند. اگر فقط یک رله خراب شود کل سیستم از کار می‌افتد و عیب‌یابی ممکن است در برخی مواقع ساعت‌ها طول بکشد. علاوه بر این اجرای تغییرات مجموعه دیگری از چالش‌ها را به همراه داشت زیرا اغلب نیاز به پیکربندی مجدد کل سیستم داشتند.

ظهور اولین پی ال سی در سال 1968 به این معنی بود که بانک‌های بزرگ رله‌ها را می‌توان با یک دستگاه واحد جایگزین کرد که نگهداری آن آسان‌تر بود و می‌توانست با منطق نردبان رله از قبل پذیرفته شده برنامه‌ریزی شود. علاوه بر این پی ال سی مجهز به حافظه کافی برای حفظ برنامه های بارگذاری شده در صورت قطع برق بود و همچنین برای کار در محیط های صنعتی که در آن کثیفی، رطوبت، امواج الکترومغناطیس و لرزش اغلب وجود داشت، طراحی شد.

بهبودهای نوآورانه در پی ال سی

با عرضه ریزپردازنده های ارزان قیمت در اواخر دهه 1970، تولیدکنندگان پی ال سی شروع به توسعه دستگاه های برنامه نویسی گرافیکی کردند. این دستگاه ها پی ال سی ها را قادر می ساختند که به صورت دیجیتالی با نمایش های گرافیکی برای کنتاکت های رله باز و بسته معمولی، دکمه های فشاری، سوئیچ ها، سیم پیچ های رله، استارت موتورها، شیر ها، تایمرها و غیره برنامه ریزی شوند. متأسفانه این دستگاه های برنامه نویسی بسیار گران بودند و اغلب هزینه بیشتری از پی ال سی که برای برنامه ریزی طراحی شده بودند، داشتند. دستگاه های برنامه نویسی نیز تنها با کنترلرهای یک سازنده سازگار بودند و باعث کاهش بیشتر کاربرد آنها شد.

بسته‌های نرم‌افزاری شخص ثالث که با چندین پلت‌فرم سخت‌افزاری پی ال سی کار می‌کردند، در دهه 1980 برای کاهش هزینه‌های بالای دستگاه‌های برنامه‌نویسی اولیه در دسترس قرار گرفتند. این بسته‌های نرم‌افزاری شخص ثالث همچنین قابلیت‌های مستندسازی و گزارش‌دهی بسیار بهبود یافته‌ای را در دستگاه‌های برنامه‌نویسی OEM ارائه می‌کنند. این امر باعث شد تا تولیدکنندگان پی ال سی بسته های برنامه نویسی رقیب خود را توسعه داده و به بازار عرضه کنند و همچنین بسیاری از شرکت های نرم افزاری شخص ثالث را خریداری کنند.

در دهه 1980 استاندارد IEC 61131-3 برای کنترل‌کننده‌های قابل برنامه‌ریزی نیز معرفی شد که استانداردی است که همه نرم‌افزارهای پی ال سی با آن مخالفت می‌کنند. موسسه IEC با تعریف استانداردهای مختلف برای انواع داده ها، قراردادهای نامگذاری، جریان برنامه و سایر عناصر برنامه نویسی، به برنامه های نرم افزاری پی ال سی سازگاری می بخشد. به طور خاص عملکردها و بلوک‌های عملکرد تضمین‌شده استاندارد یکسان به نظر می‌رسند و ورودی‌ها و خروجی‌های تعریف‌شده یکسانی دارند. که درک برنامه را برای مهندسان یا پرسنل تعمیر و نگهداری آسان‌تر می‌کند. موسسه IEC همچنین پنج زبان برنامه نویسی سازگار با پی ال سی را ایجاد کرد که شامل نمودارهای بلوک تابع LD (FBD)، نمودار تابع متوالی (SFC)، متن ساختاریافته (ST) و IL است.

در دهه 1990، سازندگان شروع به درخواست ماشین آلات برای گنجاندن پایانه های تعاملی کردند که به آنها امکان نظارت بر نرم افزار پی ال سی خود را می داد. علاوه بر این، پایانه‌ها به اپراتورها این امکان را می‌دهند تا به سرعت متوجه شوند که چه مشکلی در دستگاه‌هایشان وجود دارد و از صرف ساعت‌ها برای عیب‌یابی جلوگیری می‌کند. این ایده منجر به توسعه رابط انسان و ماشین (HMI) شد.

در ابتدا، HMI ها صرفاً جایگزین دیجیتالی برای دکمه های فشاری فیزیکی بودند و برای برنامه هایی که کمتر از 20 دکمه فشاری داشتند، بسیار گران به حساب می آمدند. با این حال با توسعه مداوم و افزایش تقاضا برای نظارت بر ماشین، HMI ها توانایی ترجمه داده های ماشین ضبط شده توسط پی ال سی و نمایش آن را در قالب وضعیت سیستم، آلارم، زمان چرخه، گزارش، تعداد تولید و غیره به دست آوردند.

در پایان دهه 1990، پی ال سی ها کوچکتر، سریعتر، قدرتمندتر و مجهز به حافظه بسیار بیشتری شدند. همانطور که جهان به سمت قرن بیست و یکم حرکت کرد، این پیشرفت‌ها در فناوری پی ال سی می‌تواند راه را برای تولیدکنندگان برای پیاده‌سازی عصر جدیدی از اتصال به اینترنت، داده‌های بزرگ و حتی انواع هوش مصنوعی در کف کارخانه هموار کند.

کاربرد پی ال سی
کاربرد پی ال سی

کاربرد پی ال سی

امروزه، پی ال سی ها همان عملکرد اصلی و سادگی را حفظ می کنند که در ابتدا باعث محبوبیت آنها در بین تولیدکنندگان شده بود. با این حال، به لطف پیشرفت مداوم در فناوری پردازنده و حافظه، اندازه پی ال سی ها در عین افزایش قدرت و سرعت، همچنان کاهش می یابد. این پیشرفت های تکنولوژیکی منجر به قابلیت های جدیدی مانند یکپارچه سازی سیستم بینایی، کنترل حرکت و پشتیبانی از پروتکل های ارتباطی متعدد شده است. پی ال سی های مدرن همچنین به طور یکپارچه با سیستم های ERP و MES و همچنین نرم افزار نظارت بر ماشین قدرتمند و SCADA ادغام می شوند و راه های جدیدی را برای تولیدکنندگان فراهم می کنند تا از طریق تجزیه و تحلیل داده های ماشینی، کارایی و عملکرد خود را بهبود بخشند.

یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی یک کامپیوتر صنعتی است. برای کمک به کنترل فرآیندهای تولید طراحی شده است.

بخش خودرو اولین صنعتی بود که پی ال سی را در عملیات خود به کار گرفت. هدف آنها جایگزینی رله ها و تایمرهای سیم کشی شده با کنترلرهای قابل برنامه ریزی و انعطاف پذیر بود.

از آن زمان، پی ال سی ها به طور گسترده ای به عنوان سیستم کنترل اتوماسیون استاندارد در صنایع تولید گسسته پذیرفته شده اند.

صنایع خودروسازی اولین صنعتی بود که پی ال سی را در عملیات خود به کار گرفت. هدف آنها جایگزینی رله ها و تایمرهای سیم کشی شده با کنترلرهای قابل برنامه ریزی و انعطاف پذیر بود.

از آن زمان، پی ال سی ها به طور گسترده ای به عنوان سیستم کنترل اتوماسیون استاندارد در صنایع تولید گسسته پذیرفته شده اند.

برنامه نویسی پی ال سی و تاریخچه آن

اولین پی ال سی در سال 1968 شروع به توسعه کرد. جنرال موتورز مشخصاتی را برای “کنترل کننده ماشین استاندارد” طراحی کرد و آن را برای قیمت گذاری در بین فروشندگان توزیع کرد. برخی از عناصر اصلی مشخصات عبارتند از:

  • باید از اجزای حالت جامد استفاده کرد که باید مدولار و قابل گسترش باشند.
  • باید شامل 16 واحد باشد که می توان آن را تا 256 افزایش داد.
  • باید 16 خروجی داشته باشد که می توان آن را تا 128 افزایش داد.
  • باید برنامه نویسی و برنامه ریزی مجدد آسان را ارائه دهد.
  • در هنگام قطع برق نباید برنامه های ذخیره شده را از دست بدهید، بنابراین حداقل 1k حافظه داشته باشید که می تواند تا 4k افزایش یابد.

ریچارد ای. مورلی که برای همکاران بدفورد کار می کرد، دستگاهی را طراحی کرد که به عنوان کنترلر دیجیتال مدولار شناخته می شود.

این دستگاه تمام الزاماتی را که کنترل کننده ماشین استاندارد درخواست می کرد برآورده می کرد. هنگامی که کنترلر ماژولار در جنرال موتورز آزمایش شد، کاهش 60 درصدی در زمان خرابی را نشان داد.

به دنبال این موفقیت، Bedford Associates  نام خود را به Modicon PLC تغییر داد. آنها شروع به تولید Modicon 084، اولین پی ال سی تاریخ کردند. چیزی که Modicon 084 را از سایر محصولات موجود در بازار متمایز می کرد، تکنیک برنامه نویسی آن بود. بقیه از «جبر بولی» برای دستکاری تجهیزات خود استفاده می کردند.

جبر بولی توسط جورج بول ریاضیدان ایرلندی و در تحلیل ریاضی منطق (1847) ارائه شد. ریاضیات بولی، ریاضیات یک و صفر و یا درست و غلط است. در هسته آن، از سه عبارت AND، OR و NOT استفاده شده است. همه کامپیوترها از این نوع منطق استفاده می کنند. علیرغم سادگی منطق بولی و نبوغ جورج بول، برنامه های بیانیه بولی برای دانشمندان کامپیوتر مناسب بود. با این حال، مهندسان کارخانه کار با آنها را در مقایسه با منطق رله دشوار می دانستند.

مهندسان برای رله کردن سیستم های کنترلی که از نمودارهای نردبانی استفاده می کردند، استفاده کردند. این به این دلیل است که هرگاه مدارهای رله بین یک مشترک داغ و خنثی کشیده شوند، شبیه پله های یک نردبان هستند. ایده نبوغ مورلی این بود که «منطق نردبان» را در سیستم خود بگنجاند. منطق نردبانی اساساً یک نمایش گرافیکی از منطق بولی است. این ایده تغییر دهنده بازی بود. مهندسان درک و استفاده از آن را آسانتر از منطق بولی می دانستند.

دهه 80 شاهد معرفی اولین کامپیوترهای شخصی در ادارات بود. در حالی که نمی‌توانید سرعت آن‌ها را با رایانه‌های امروزی مقایسه کنید، آنها هنوز هم بسیار سریع‌تر از طراحی روی تابلوهای پیش‌نویس بودند.

در واقع، تقریباً هر طراح در زمانی که در دهه 1980 به پایان می رسید، تابلوی پیش نویس خود را با یک کامپیوتر رومیزی جایگزین کرده بود. پذیرش رایانه‌های شخصی فقط به عرصه طراحی منتهی نشد، بلکه در سطح فروشگاه نیز به کار گرفته شد. رایانه های شخصی شروع به استفاده برای ارتباط مستقیم با پی ال سی ها کردند. همراه با پیشرفت های نرم افزاری، این امر نظارت بر حرکات دستگاه را بسیار آسان تر کرد.

در این دوره، برنامه پی ال سی به طور گسترده به عنوان مفیدترین ابزار تشخیصی شناخته شد. این امکان عیب‌یابی مؤثر را فراهم می‌کرد. بنابراین بسیاری آن را پنجره‌ای به ماشین‌ها می‌دانستند. با این وجود، تشخیص ماشین هنوز در مراحل اولیه خود بود. با تکامل پی ال سی، زبان های برنامه نویسی دیگری نیز توسعه یافتند. اینها شامل نمودارهای جریان، متن ساختاریافته، و لیست دستورالعمل ها هستند. با این وجود، منطق نردبان به دلیل طراحی گرافیکی و بصری آن همچنان محبوب است.

یکی از مهمترین نقاط عطف در تاریخ پی ال سی، معرفی مشخصات IEC 61131-3 کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC) در سال 1982 بود. این استانداردی بود که بر اساس آن نرم افزار پی ال سی در حال توسعه قرار بود با آن مخالفت کند. این استاندارد در سال 1993 به عنوان استاندارد بین المللی IEC 1131 برای کنترل کننده های قابل برنامه ریزی منتشر شد. معرفی IEC 61131-3 ضروری بود زیرا به همه محصولات نرم افزاری موجود در بازار سازگاری بخشید. این به مهندسان و تکنسین ها اجازه می دهد تا به راحتی منطق و جریان برنامه را از هر نرم افزار پی ال سی درک کنند.

با شروع دهه 90، کاربران نهایی شروع به درخواست های ویژه کردند. آن‌ها می‌خواستند ماشین‌آلات جدیدشان با پایانه‌های صنعتی همراه با نرم‌افزار مانیتورینگ پی ال سی عرضه شود. مدیران کارخانه از تکنسین هایشان می خواستند که عیب یابی واقعی را انجام دهند. به این ترتیب، برنامه های پی ال سی در آن زمان از نظر طراحی ساده بودند. در تلاش برای صرفه جویی در زمان، مدیران کارخانه می خواستند ماشین هایی داشته باشند که به آنها بگوید چه چیزی اشتباه است. به جای اینکه ساعت ها صرف عیب یابی کنید.

این همان چیزی است که منجر به توسعه رابط قابل برنامه ریزی انسان و ماشین (HMI) شد.

رابط ماشین انسانی قابل برنامه ریزی

نمونه اولیه HMI ها جایگزین های فشاری متوسطی بودند. با این حال، تصور می شد که آنها برای برنامه هایی که کمتر از 20 دکمه فشاری دارند، غیراقتصادی هستند. با این حال، محبوبیت آنها شروع به رشد کرد زیرا تولید کنندگان شروع به یافتن کاربردهای بیشتری برای آنها کردند. اطلاعات نظارت بر ماشین روز به روز حیاتی تر می شد. این شامل اطلاعاتی مانند مشکلات ماشین، زمان در خودکارسازی، مداخلات دستی، تعداد تولید و غیره بود. تمام مواردی که در صفحه نمایش HMI نظارت و نمایش داده می شد، سپس به رایانه های مرکزی کارخانه ارسال می شد.

با نزدیک شدن به پایان دهه 1990، توابع کنترل منطقی تنها بخشی جزئی از کاری بود که یک برنامه پی ال سی می توانست انجام دهد. این به این دلیل است که HMI ها داده های زیادی داشتند که تکنسین ها به سختی به منطق برنامه نگاه می کردند. اواخر دهه 90 شاهد معرفی نسل جدیدی از پی ال سی ها بودیم. این دستگاه های جدید همان چیزی هستند که در نهایت اتصال اینترنت را به کف کارخانه آوردند. مگابایت به استاندارد جدیدی برای اندازه گیری حافظه پردازنده تبدیل شد. همچنین انواع داده های تعریف شده توسط کاربر معرفی شد. اینها امکان دستکاری و به اشتراک گذاری داده های ماشین را از طرق مختلف فراهم می کند.

مشخصات اصلی پی ال سی
مشخصات اصلی پی ال سی

مشخصات اصلی پی ال سی

از ابتدا همواره نیاز به کاهش اندازه سیستم‌های اتوماسیون وجود داشته است تا پشتیبانی و نگهداری ساده‌تر شود. به همین دلیل است که ما شاهد روندهای زیر در فناوری پی ال سی هستیم

بهتر، کوچکتر و سریعتر

بردهای مدار، پردازنده ها و سایر قطعات الکترونیکی به سرعت در حال کوچک شدن هستند. این پیشرفت ها بر نحوه طراحی پی ال سی ها تأثیر می گذارد.

با این حال، برخی موارد بر پذیرش این تغییرات تأثیر می گذارد. اینها شامل نیاز به ناهمواری، قابلیت اطمینان و ثبات است.

بنابراین، رایج ترین پیشرفت در صنعت پی ال سی سرعت است. این توسط پردازنده های سریعتر فعال می شود. آنها زمان چرخه را بهبود می بخشند. ویژگی های ارتباطی جدیدی دارند و ظرفیت حافظه را افزایش می دهند.

از آنجایی که بازار به تقاضای خود ادامه می دهد، بسیاری از کارکردها و ویژگی هایی که به طور سنتی به پی ال سی های سطح بالا اختصاص داده می شود، راه خود را به محصولات رده پایین باز می کنند.

بنابراین می‌توانید انتظار داشته باشید که پی ال سی های کوچک‌تر ویژگی‌های مربوط به ماشین‌های سطح بالا را دارند. این امر اجازه می دهد تا راه حل کوچکتر و فشرده تری را که کاربران امروزی می خواهند ارائه دهید.

مقدار حافظه

پی ال سی های امروزی نیز از کاهش چشمگیر اندازه ها و هزینه های حافظه حالت جامد بهره می برند.

این امکان ذخیره سازی داده های محلی را افزایش می دهد. این امر پی ال سی ها را قادر می سازد در بسیاری از برنامه هایی که به طور سنتی به سیستم های گران قیمت جمع آوری داده نیاز داشتند، استفاده شوند.

دستگاه های حافظه

فناوری دیگری که راه خود را به بازار کنترل های صنعتی باز می کند، دستگاه های حافظه قابل حمل هستند. این دستگاه ها برای کاربر پی ال سی بسیار سودمند هستند.

آنها مقدار زیادی فضای ذخیره سازی اضافی را در بسته های کوچک در اختیار شما قرار می دهند. به عنوان مثال، یک کارت microSD می تواند تا 32 گیگابایت حافظه اضافی به پی ال سی اضافه کند.

همان طور که در این مطلب پی ال سی معرفی شد، این قطعه نقش موثری در صنعت و اتوماسیون صنعتی ایفا می کند. یکی از برندهایی که در این زمینه فعالیت استاندارد و موثری داشته است زیمنس می باشد. به طوری که پی ال سی زیمنس در بسیاری از صنایع که نیاز به اتوماسیون دارند مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به نیاز به تامین و خدمات این قطعات برای کارخانه ها و صنایع، مجموعه های بسیاری در این زمینه فعالیت می کنند و باعث پیشرفت صنعت می شوند. میراکنترل یکی از شرکت هایی است که با همت مهندسان با تجربه و جوان ایرانی در زمینه خدمات و تامین ابزار دقیق فعالیت می کند. این شرکت با توجه به پشتیبانی ابزار دقیق زیمنس در کشور علی رغم وجود محدودیت در تامین قطعات به عنوان نمایندگی زیمنس فعالیت خود را ادامه می دهد و از صنایع مختلف پشتیبانی لازم را به عمل می آورد. برای کسب اطلاعات بیشتر و بهره گیری از خدمات این شرکت می توانید از آدرس سایت میراکنترل miracontroller.com بازدید کنید.

نظر (نظرات) در مورد : پیشینه و کاربرد پی ال سی در صنعت

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.