در این پست می توانید متن کامل این پایان نامه را با فرمت ورد word دانلود نمائید:
اصول و نحوه طراحی یک سیستم کنترلی با استفاده از یک PLC
اتوماسیون صنعتی
با توجه به پیشرفت بسیار سریع تکنولوژی و وجود رقابت‌های شدید در بین صنعتگران دو مقوله دقت و زمان در انجام کارهای تولیدی و خدماتی بسیار مهم و سرنوشت ساز شده است. دیگر سیستم‌های قدیمی جوابگوی نیازهای صنعت توسعه یافته امروز نبوده و بکار بردن سیستمهایی که با دخالت مستقیم نیروی انسانی عمل می کنند، امری نامعقول می‌نمود. چرا که در این موارد دقت و سرعت عمل سیستم بسیار پایین و وابسته به نیروی کاربر است. بنابراین ماشین‌های هوشمند و نیمه‌هوشمند وارد بازار صنعت شدند. و بعد از مدتی آنچنان جای خود را پیدا کردند که علاوه بر زمینه‌های صنعتی در کارهای خدماتی نیز جایگاه ویژه‌ای یافتند. کنترل سیستم‌های بسیار پیچیده‌ای که قبلاً غیرممکن بود براحتی انجام می‌گرفت . مکانیزه کردن سیستمها و ماشین آلات (اتوماسیون صنعتی ) مقوله بسیار مهم و پرطرفداری شده و نیاز به آن هر روز بیشتر و بیشتر مشهود می‌شود . اتوماسیون صنعتی در زمینه‌های بسیار گسترده‌ای کاربرد دارد از مکانیزه کردن یک ماشین بسیار ساده کنترل سطح گرفته تا مکانیزه نمودن چندین خط تولید و شبکه کردن آنها با هم . با نگاهی به محیط اطراف‌مان می‌توانیم نمونه‌های بسیار زیادی از کاربرد اتوماسیون ا را در اغلب زمینه‌ها پیدا کنیم.. در اتوماسیون واحدهای مسکونی جدید ، در شبکه‌های مخابراتی ، در سیستم‌های دفع فاضلاب ، سیستم توزیع برق ، کارخانجات مختلف و …
در یک سیستم اتوماسیون شده کنترل پروسه توسط ماشین انجام می‌شود و در این سیستمها دخالت انسان به حداقل و در برخی موارد به صفر رسیده است. سیستم با گرفتن سیگنالهای ورودی از قطعاتی نظیر سنسورهای تشخیص فشار ، رنگ ، سطح مایعات ، قطعات فلزی ، سنسورهای دما ، میکرو سوییچ‌ها ، کلیدها و شستی‌ها ، واسط های کاربر با ماشین و… وضعیت موجود را حس کرده و بررسی می‌کند و سپس در مورد عکس‌العمل ماشین تصمیم‌گیری کرده و فرمانهای لازمه را به قطعات خروجی که تحت کنترل ماشین هستند اعمال می‌کند. با توجه به مواردی که ذکر شد می‌توان ساختار یک سیستم اتوماسیون را بدین صورت لیست نمود:
قطعات ورودی شامل سنسورها ، سوییچ‌ها ، …
قطعات خروجی مثل موتور ، پمپ ، شیربرقی ، نشانگرها …
یک کنترلر داخلی با CPU برای پردازش داده‌ها و اجرای برنامه کنترلی سیستم و حافظه برای ذخیره نمودن برنامه کنترلی و اطلاعات دریافتی از قطعات ورودی
یک واسط بین کاربر و ماشین Human Machine Interface ( در مواردی که نیاز به انجام تنظیمات توسط کاربر داریم و یا می‌خواهیم یکسری اطلاعات و آلارم‌ها را به اطلاع کاربر برسانیم .)
توجه داشته باشید با بالا بردن سرعت و دقت کنترلر مورد استفاده در سیستم اتوماسیون شده و انتخاب درست ٱن بر طبق کاربردی که از آن انتظار داریم می‌توانیم امکانات و قابلیت‌های سیستم را بالاتر ببریم . بعنوان مثال در یک سیستم ساده کنترل سطح مخزن سرعت پاسخگویی سیستم در حد چند ثانیه هم برای این کار کافی خواهد بود. اما در سیستم‌های پیچیده موقعیت‌یاب یا پردازش تصویر به سیستم‌های بسیار سریعتر و دقیقتر احتیاج داریم و سرعت پاسخگویی در حد میکرو ثانیه برای ما لازم است.
بعنوان مثال در مواردی که نیاز به کنترل در یک محیط نامساعد داریم و استفاده از نیروی انسانی بسیار مشکل و یا غیرممکن است چه‌کار باید کرد. در محیط‌هایی با شرایط آب و هوایی بسیار بد و با مناطق جغرافیایی صعب‌العبور و یا در محیط‌هایی که آلودگی صوتی و یا آلودگی‌های شدید تنفسی دارند …
در این موارد ایمن‌ترین و با صرفه‌ترین گزینه اتوماسیون کردن سیستمها و استفاده از ماشین بجای انسان است. اجرای کامل سیکل کنترلی ، گرفتن گزارشات لازم در حین انجام عملیات کنترلی ، قابلیت تغییر سیکل کاری و تعریف نمودن پارامترهای کنترلی ، امکان انجام کنترل دستی در موارد اضطراری و….
حال به مثال دیگری می‌پردازیم. حساب کنید در یک سیستم بسیار ساده بسته‌بندی محصولات غذایی برای بسته‌بندی هزار کیلو شکر در بسته‌های یک کیلویی به چند نفر و چقدر زمان احتیاج داریم. چند نفر برای وزن کردن محصول ، چند نفر برای آماده‌سازی پکت ها ، چند نفر برای پرکردن پکت ها و بسته‌بندی آن ، زدن تاریخ مصرف و … در این گونه سیستمها مشکلات زیادی وجود دارد که به برخی از آنها در زیر اشاره شده است:
نقش PLC در اتوماسیون صنعتی
مقدمه
امروزه در بین کشورهای صنعتی ، رقابت فشرده و شدیدی در ارائه راهکارهایی برای کنترل بهتر فرآیندهای تولید ، وجود دارد که مدیران و مسئولان صنایع در این کشورها را بر آن داشته است تا تجهیزاتی مورد استفاده قرار دهند که سرعت و دقت عمل بالایی داشته باشند. بیشتر این تجهیزات شامل سیستم‌های استوار بر کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (Programmable Logic Controller) هستند. در بعضی موارد که لازم باشد می‌توان PLCها را با هم شبکه کرده و با یک کامپیوتر مرکزی مدیریت نمود تا بتوان کار کنترل سیستم‌های بسیار پیچیده را نیز با سرعت و دقت بسیار بالا و بدون نقص انجام داد.
قابلیت‌هایی از قبیل توانایی خواندن انواع ورودی‌ها (دیجیتال ، آنالوگ ، فرکانس بالا…) ، توانایی انتقال فرمان به سیستمها و قطعات خروجی ( نظیر مانیتورهای صنعتی ، موتور، شیربرقی ، … ) و همچنین امکانات اتصال به شبکه ، ابعاد بسیار کوچک ، سرعت پاسخگویی بسیار بالا، ایمنی ، دقت و انعطاف پذیری زیاد این سیستمها باعث شده که بتوان کنترل سیستمها را در محدوده وسیعی انجام داد.
مفهوم کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی PLC
در سیستم‌های اتوماسیون وظیفه اصلی کنترل بر عهده PLC است که با گرفتن اطلاعات از طریق ترمینالهای ورودی، وضعیت ماشین را حس کرده و نسبت به آن پاسخ مناسبی برای ماشین فراهم می‌کند. امکان تعریف مدهای مختلف برای ترمینالهای ورودی/خروجی یک PLC، این امکان را فراهم کرده تا بتوان PLC را مستقیما به المانهای دیگر وصل کرد. علاوه بر این PLC شامل یک واحد پردازشگر مرکزی( CPU) نیز هست، که برنامه کنترلی مورد نظر را اجرا می‌کند. این کنترلر آنقدر قدرتمند است که می‌تواند هزارها I/O را در مدهای مختلف آنالوگ یا دیجیتال و همچنین هزارها تایمر/ کانتر را کنترل نماید. همین امر باعث شده بتوان هر سیستمی، از سیستم کنترل ماشین‌هایی با چند I/O که کار ساده‌ای مثل تکرار یک سیکل کاری کوچک انجام می‌دهند گرفته تا سیستم‌های بسیار پیچیده تعیین موقعیت و مکان‌یابی را کنترل نمود. این سیستم می‌تواند بدون نیاز به سیم‌بندی و قطعات جانبی و فقط از طریق نوشتن چند خط برنامه تا صدها تایمر را در آن واحد کنترل و استفاده نماید.
زمان پاسخگویی Scan Time
این زمان بستگی به سرعت پردازش CPU مدل انتخاب شده PLC و طول برنامه کاربر دارد. از یک میکرو‌ثانیه تا ده میلی ثانیه می‌باشد. مثلا در مواقعی که I/O از سیستم اصلی دور باشد، چون مجبور به نقل و انتقال سیگنالها به سیستم دورتری هستیم در نتیجه زمان اسکن زیاد می‌شود. همچنین مانیتور کردن برنامه کنترلی اغلب به زمان اسکن می‌افزاید چرا که CPU کنترلر مجبور است وضعیت کنتاکتها، رله‌ها ، تایمر‌ها و… را روی CRT یا هر وسیله نمایشگر دیگری بفرستد.
قطعات ورودی
هوشمند بودن سیستم اتوماسیون بیشتر مربوط به توانایی PLC در خواندن سیگنالهای ارسالی از انواع ورودی‌ها، دستی، اتوماتیک و حس‌گرهای خودکار می‌باشد. قطعات ورودی نظیر شستی‌های استارت/ استوپ ، سوییچ‌ها، میکرو‌سوییچ‌ها، سنسورهای فتوالکتریک، proximity ، level sensor ، ترموکوپل، PT100 و… PLC از این سنسورها برای انجام عملیاتی نظیر تشخیص قطعه روی نوار نقاله حامل قطعات، تشخیص رنگ، تشخیص سطح مایعات داخل مخزن، آگاهی داشتن از مکانیزم حرکت و موقعیت جسم، تست کردن فشار مخازن و بسیاری موارد دیگر، استفاده می‌کند.
سیگنالهای ورودی یا دیجیتال هستند و یا آنالوگ، که در هر صورت ورودیهای PLC را توان در مدهای مختلف تنظیم و مورد استفاده قرار داد.
نقش کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (PLC) در اتوماسیون صنعتی
در یک سیستم اتوماسیون، PLC بعنوان قلب سیستم کنترلی عمل می‌کند. هنگام اجرای یک برنامه کنترلی که در حافظه آن ذخیره شده است، PLC همواره وضعیت سیستم را بررسی می‌کند. این کار را با گرفتن فیدبک از قطعات ورودی و سنسورها انجام میدهد. سپس این اطلاعات را به برنامه کنترلی خود منتقل می‌کند و نسبت به آن در مورد نحوه عملکرد ماشین تصمیم‌گیری می‌کند و در نهایت فرمانهای لازم را به قطعات و دستگاههای مربوطه ارسال می‌کند.
مقایسه تابلوهای کنترل معمولی با تابلوهای کنترلی مبتنی بر PLC
امروزه تابلوهای کنترل معمولی ( رله‌ای ) خیلی کمتر مورد استفاده قرار میگیرند. چرا که معایب زیادی دارند. از آنجا که این نوع تابلوها با رله‌های الکترو‌مکانیکی کنترل می‌شوند، وزن بیشتری پیدا می‌کنند، سیم‌کشی تابلو کار بسیار زیادی می‌طلبد و سیستم را بسیار پیچیده می‌کند. در نتیجه عیب‌یابی و رفع مشکل آن بسیار پرزحمت بوده و برای اعمال تغییرات لازم در هر سال و یا بروز کردن سیستم بایستی ماشین را بمدت طولانی متوقف نمود که این امر مقرون به صرفه نخواهد بود. ضمنا توان مصرفی این تابلوها بسیار زیاد است.
با بوجود آمدن PLC، مفهوم کنترل و طراحی سیستم‌های کنترلی بطور بسیار چشمگیری پیشرفت کرده است و استفاده از این کنترلر‌ها مزایای بسیار زیادی دارد. که به برخی از این موارد در زیر اشاره کرده‌ایم. که با مطالعه آن می‌توان به وجه تمایز PLC با سایر سیستم‌های کنترلی پی برد:
سیم بندی سیستم‌های جدید در مقایسه با سیستم‌های کنترل رله‌ای تا 80٪ کاهش می‌یابد.
از آنجاییکه PLC توان بسیار کمی مصرف می‌کند، توان مصرفی بشدت کاهش پیدا خواهد کرد.
توابع عیب یاب داخلی سیستم PLC ، تشخیص و عیب‌یابی سیستم را بسیار سریع و راحت می‌کند.
برعکس سیستم‌های قدیمی در سیستم‌های کنترلی جدید اگر نیاز به تغییر در نحوه کنترل یا ترتیب مراحل آن داشته باشیم، بدون نیاز به تغییر سیم‌بندی و تنها با نوشتن چند خط برنامه این کار را انجام می‌دهیم. در نتیجه وقت و هزینه بسیار بسیار اندکی صرف انجام اینکار خواهد شد.
در مقایسه با تابلوهای قدیمی در سیستم‌های مبتنی بر PLC نیاز به قطعات کمکی از قبیل رله ، کانتر، تایمر، مبدل‌های A/D و D/A و… بسیار کمتر شده است. همین امر نیز باعث شده در سیستم‌های جدید از سیم‌بندی، پیچیدگی و وزن تابلوها به نحو چشمگیری کاسته شود.
از آنجاییکه سرعت عملکرد و پاسخ‌دهی PLC در حدود میکرو‌ثانیه و نهایتا میلی ثانیه است، لذا زمان لازم برای انجام هر سیکل کاری ماشین بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش یافته و این امر باعث افزایش میزان تولید و بالا رفتن بازدهی دستگاه می‌شود.
ضریب اطمینان و درجه حفاظت این سیستمها بسیار بالا تر از ماشین‌های رله‌ای است.
وقتی توابع کنترل پیچیده‌تر و تعداد I/O ها خیلی زیاد باشد، جایگزین کردن PLC بسیار کم هزینه‌تر و راحت‌تر خواهد بود.
اصول و نحوه طراحی یک سیستم کنترلی با استفاده از یک PLC
مفهوم کنترل کردن یک پروسه، کاری بسیار ساده و آسان است و انجام اصولی موارد زیر را می‌طلبد:
مشخص کردن ترتیب کار ماشین
عملیات سیستم کنترلی توسط المانهای ورودی تعیین می‌شود، بسته به شرایط موجود یک سیگنال به PLC فرستاده می‌شود. در پاسخ، کنترلر بر طبق برنامه کنترلی که در حافظه خود دارد سیگنالی به ترمینالهای خروجی، که کار دستگاه را کنترل می‌کنند، می‌فرستد و به این ترتیب عمل کنترلی خواسته شده، انجام می‌شود. قبل از نوشتن برنامه باید فلوچارت ترتیب و توالی عملیات را رسم کنید.
انتخاب مدل PLC
با بررسی سیکل کاری پروسه‌ای که می‌خواهیم کنترل کنیم، مشخص کردن تعداد و نوع Input/Output های سیستم و با توجه به دقت مورد نیاز، PLC مناسب را انتخاب می‌کنیم. در مورد انتخاب یک PLC بایستی مشخصه‌های زیر را تعیین کنیم:
تعداد ورودی‌ها
کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر (PLC)
کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر عبارتند از: یک سیستم الکترونیکی دیجیتال که با استفاده از حافظه های برنامه پذیر می تواند دستورات مشخصی را ضبط نمایند. PLC به منظور پیاده سازی دستورات و توابع مشخصی بر روی ماشینها و فرآیند های صنعتی استفاده می شود. سیستم های PLC با توجه به نیاز به کنترل کننده های ارزان قیمت و انعطاف پذیر بوجود آمدند. درابتدا PLC ها به منظور جایگزینی کنترل کننده های رله ای طراحی و ساخته شدند . در PLC کنترل فرایندها با نوشتن برنامه های مناسب انجام می گیرد. PLC ها مبتنی بر میکروپروسسور هستند و با داشتن اجزایی مانند زمان سنج، شمارندهو ثبات انتقالی کنترل فرایند های پیچیده را اسان می سازند این کنترل کننده ها مدارهای واسطه استانداری دارند،(ورودی و خروجی) به طوری که اتصال مستقیم آنها به فرایند تولید میسر است با استفاده از PLC می توان بدون جدا کردن کنترل کننده از فرایند ،برنامه کنترلی آن را تغییر دهد. نصب و راه اندازی سیستماهی PLC در مقایسه با کنترل کننده های رله ای به زمان بسیار کمتری نیاز دارد. اختلاف اصلی PLC با یک میکرو کامپیوتر عبارت است از:
در PLC برنامه های استفاده شده در فرآیندها و ماشین آلات بیشتر به صورت اجرای منطق مشخصی از یک سری فرامین که به صورت قطع و وصل و سوئیچ می باشد . مدارات ارتباطی با سنسورها و عملگرهای سخت افزاری خارجی در داخل خود کنترل کننده و به صورت یکپارچه ساخته شده است. PLC به صورت کاملا صنعتی و قابل اطمینان جهت استفاده در محیطهای صنعتی با شرایط محیطی دارای ارتعاش ، نویز، حرارت و رطوبت ساخته شده است.
مهمترین مزایای استفاده از PLC :
ü استفاده از PLC حجم تابلوهای فرمان را کاهش میدهد.
ü استفاده از PLC مخصوصا در فرایندهای پیچیده موجب صرفه جویی در وقت و هزینه می گردد.
ü PLC استهلاک مکانیکی ندارد، بنابر این علاوه بر طول عمر بیشتر نیازی به سرویس و تعمیرات دوره ای ندارد.
ü مصرف انرِژی PLC بسیار کمتر از مدارهای رله ای است.
ü PLC نویزهای صوتی و الکتریکی ایجاد نمی کند.
ü عیب یابی مدارت کنترل و فرمان با PLC به سهولت انحام می شود و معمولا PLC خود دارای برنامه عیب یابی می باشد.
معمولا یک ولتاژ 24 ولت از ورودی اصلی برق PLC ایجاد گردیده و برای اتصال الکتریکی ورودی ها استفاده می شود . سویئچها یا سنسورهای باینری خارجی می تواند به ورودی های PLC متصل گردیده و همانطور که بیان شد این سوئیچ ها می تواند به صورت باز یا بسته باشند . در صورتی که PLC روشن باشد خروجیهای PLC براساس منطق برنامه پذیری شده در PLC و وضعیت ورودیهای آن روشن یا خاموش می گردند. بارهای خارجی توسط رله ،ترانزیستور یا ترایاک با توجه به قدرت مورد نیاز توسط بورد هایی که در داخل PLC تعیین شده اند روشن یا خاموش می گردند . برای بارهائی که قدرت زیادی لازم دارند از یک طبقه مدار قدرت به علاوه مدار فمران PLC استفاده می گردد. ورودی و خروجی های PLC توسط شماره هائی که موقعیت پورت آن را نمایش می دهد مشخص می شودند . سازنده های مختلف شماره گذاریهای مختلفی به کار می برند البته ویژگی های مشترکی نیز در آنها وجود دارد معمولا شماره ها بصورت باینری و با ضرایب چهار یا پنج بیتی می باشند مثلاً شرکتهای TI(Texas Instruments) و شرکت میتسوبیوشی (Mitsubishi) از سمبل X برای وردی و از Y برای نمایش خروجی استفاده می کنندمثال:
X410-X413 , X400-X407
X510-X513 , X500-X507
Y430-Y437
Y530-Y537
منطق برنامه ریزی در PLC به معنای انست که فرایندهایی که توسط PLC کنترل می شوند دارای سنسورها و عملگرهایی هستند که دارای دوضعیت ،خاموش یا روشن می باشند.
در منطق دیجیتال سه نوع عملیات اصلی وجود دارد.NOT,OR,AND
1- عملگر AND: همانند کلید های سری در مدار های الکتریکی تعریف می گردد. به عبارت دیگر در این عملگر تنها زمانی خروجی داریم که تمام متغیرهای موجود دارای ارزش یک باشند.
2- عملگرOR: همانند کلید های موازی درمدارات الکتریکی تعریف می گردد. در این عملگر زمانی خروجی خواهیم داشت که حداقل یک ورودی یک داشته باشیم .
3- عملگر NOT: یک عملگر تک ورودی است که خروجی آن مکمل ورودی است وبه عبارت دیگر هرگاه ورودی یک باشد آنگاه خروجی صفر خواهد بود و بالعکس .
سایر عملگر های منطقی پایه با استفاده از این سه عملگر اصلی ساخته می شوند که در جدول زیر به آنها اشاره می کنم:
کنترل کننده های برنامه پذیر (PLC)
مبانی کنترل کننده های PLC
کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر عبارتند از: یک سیستم الکترونیکی دیجیتال که با استفاده از حافظه های برنامه پذیر می تواند دستورات مشخصی را ضبط نمایند. PLC به منظور پیاده سازی دستورات و توابع مشخصی بر روی ماشینها و فرآیند های صنعتی استفاده می شود. سیستم های PLC با توجه به نیاز به کنترل کننده های ارزان قیمت و انعطاف پذیر بوجود آمدند. درابتدا PLC ها به منظور جایگزینی کنترل کننده های رله ای طراحی و ساخته شدند . در PLC کنترل فرایندها با نوشتن برنامه های مناسب انجام می گیرد.
(ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
همراه با تمام ضمائم (پیوست ها) با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
پایان نامه رشته کامپیوتر درباره اصول و نحوه طراحی یک سیستم کنترلی با استفاده از PLC
