مقاله Plc

 nx دارای 165 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است فایل ورد nx  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد. این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد بخشی از متن nx : ساختار PLC 1-1- PLCPLC از عبارتProgrammable Logic Controller به معنای كنترل كننده منطقی قابل برنامه ریزی گرفته شده است. PLC كنترل كننده ای نرم افزاری است كه در قسمت ورودی اطلاعاتی را به صورت باینری دریافت، و آنها را طبق برنامه ای كه در حافظه اش ذخیره شده پردازش می نماید و نتیجه عملیات را نیز از قسمت خروجی به صورت فرمانهایی به گیرنده ها و اجرا كننده های فرمان (Actuator) ارسال می كند. به عبارت دیگر PLC عبارت از یك كنترل كننده منطقی است كه می توان منطق كنترل را توسط برنامه برای آن تعریف نمود و در صورت نیاز، به راحتی آن را تغییر داد. وظیفه PLC قبلاً بر عهده مدارهای فرمان رله ای بود كه استفاده از آنها در محیط های صنعتی جدید منسوخ گردیده است. اولین اشكالی كه در این مدارها ظاهر می شود آن است كه با افزایش تعداد رله ها حجم و وزن مدار فرمان، بسیار بزرگ شده، همچنین موجب افزایش قیمت آن می گردد. برای رفع این اشكال، مدارهای فرمان الكترونیكی ساخته شدند ولی با وجود این، هنگامی كه تغییری بر روند یا عملكرد ماشین صورت می گیرد مثلاً در یك دستگاه پرس، ابعاد، وزن، سختی و زمان قرار گرفتن قطعه زیر بازوی پرس تغییر می كند، لازم است تغییرات بسیاری در سخت افزار سیستم كنترل داده شود. به عبارت دیگر اتصالات و عناصر مدار فرمان باید تغییر كند. با استفاده ازPLC تغییر در روند تولید یا عملكرد ماشین به آسانی صورت می پذیرد، زیرا دیگر لازم نیست سیم كشی ها (Wiring) و سخت افزار سیستم كنترل تغییر كند و تنها كافی است چند سطر برنامه نوشت و به PLC ارسال كرد تا كنترل مورد نظر تحقق یابد. از طرف دیگر قدرت PLC در انجام عملیات منطقی، محاسباتی، مقایسه ای و نگهداری اطلاعات به مراتب بیشتر از تابلو های فرمان معمولی است. PLC به طراحان سیستم كنترل این امكان را می دهد كه آنچه را در ذهن دارند در اسرع وقت بیازمایند و به ارتقای محصول خود بیندیشند، كاری كه در سیستم های قدیمی مستلزم صرف هزینه و به خصوص زمان است و نیاز به زمان، گاهی باعث می شود كه ایده مورد نظر هیچ گاه به مرحله عمل در نیاید. هر كس با مدارهای فرمان الكتریكی رله ای كار كرده باشد به خوبی می داند كه پس از طراحی یك تابلوی فرمان، چنانچه نكته ای از قلم افتاده باشد، مشكلات مختلفی ظهور نموده، هزینه ها و اتلاف وقت بسیاری را به دنبال خواهد داشت. بعلاوه گاهی افزایش و كاهش چند قطعه در تابلوی فرمان به دلایل مختلف مانند محدودیت فضا، عملاً غیر ممكن و یا مستلزم انجام سیم كشی های مجدد و پرهزینه می باشد. اكنون برای توجه بیشتر به تفاوت ها و مزایای PLC نسبت به مدارات فرمان رله ای مزایای مهم PLCرا نسبت به مدارات یاد شده بر می شماریم. 1- استفاده ازPLC موجب كاهش حجم تابلوی فرمان می گردد. 2- استفاده از PLC مخصوصاً در فرآیندهای عظیم موجب صرفه جویی قابل توجه ای در هزینه، لوازم و قطعات می گردد.3- PLC ها استهلاك مكانیكی ندارند، بنابراین علاوه بر عمر بیشتر، نیازی به تعمیرات و سرویس های دوره ای نخواهند داشت.4- PLC ها انرژی كمتری مصرف می كنند. 5- PLC ها برخلاف مدارات رله كنتاكتوری، نویزهای الكتریكی و صوتی ایجاد نمی كنند.6- استفاده از یك PLC منحصر به پروسه و فرآیند خاصی نیست و با تغییر برنامه می توان به آسانی از آن برای كنترل پروسه های دیگر استفاده نمود.7- طراحی و اجرای مدارهای كنترل و فرمان با استفاده از PLC ها بسیار سریع و آسان است . 8- برای عیب یابی مدارات فرمان الكترومكانیكی، الگوریتم و منطق خاصی را نمی توان پیشنهاد نمود. این امر بیشتر تجربی بوده، بستگی به سابقه آشنایی فرد تعمیركار با سیستم دارد. در صورتی كه عیب یابی در مدارات فرمان كنترل شده توسط PLC به آسانی و با سرعت بیشتری انجام می گیرد. 9- PLC ها می توانند با استفاده از برنامه های مخصوص، وجود نقص و اشكال در پروسه تحت كنترل را به سرعت تعیین و اعلام نمایند. در جدول 1-1 مزایای PLC نسبت به مدارات فرمان رله ای و همچنین مدارهای منطقی الكترونیكی و كامپیوتر برشمرده شده است . جدول 1-1 : مزایای PLC نسبت به كنترل كننده های دیگر كامپیوتر مدارهای منطقی الكترونیكی مدارهای رله ای PLCقیمت با توجه به عملكرد گران قیمت ارزان نسبتاً ارزان ارزانحجم و ابعاد نسبتاً كوچك خیلی كوچك بزرگ و حجیم خیلی كوچك سرعت كنترل خیلی سریع نسبتاً سریع كند خیلی سریعنویز الكتریكی كاملاً خوب خوب عالی خوبنصب و بهره برداری برنامه نویسی مشكل است طراحی مشكل است طراحی و نصب مشكل است نصب و برنامه نویسی ساده استتوانایی محاسبات پیچیده را دارد؟ آری خیر خیر آریتغییر نحوه كنترل و ایجاد تغییرات آسان مشكل خیلی مشكل بسیار آسان 1-2- تفاوت PLC با كامپیوتر استفاده از كامپیوتر معمولی مستلزم آموزش های نسبتاً طولانی، صرف وقت و هزینه های بسیار است. چنانچه كنترل فرآیندی مورد نظر باشد استفاده از كامپیوترهای معمولی به مراتب پیچیده تر و در اغلب موارد عملاً ناممكن می شود. علاوه بر آن برای انطباق كامپیوتر با فرآیند مورد نظر، طراحی، ساخت و یا لااقل بررسی و خرید تجهیزات خاص برای انطباق، كاری طاقت فرسا است. بسیاری از صنعتگران نیاز به یادگیری سیستم های اتومكانیك را عملاً احساس نموده و دریافته اند كه تولید بدون به كارگیری اتوماسیون، اقتصادی نمی باشد. از طرف دیگر، صنعتگران آموزش های مبسوط به این شاخه از صنعت را در محدوده وظایف خود نمی دانند. PLC وسیله ای است كه درست به همین دلایل ساخته شده و اتوماسیون را با كمترین هزینه و به بهترین شكل ممكن در اختیار قرار می دهد. استفاده از PLC بسیار ساده بوده، نیاز به آموزش های مفصل، طولانی و پرهزینه ندارد. از آنجایی كه این وسیله به منظور پاسخگویی به كاربردهای صنعتی طراحی شده است، تمامی مسائل مربوط به آن حل شده، هیچ مشكلی در راه استفاده از آن وجود ندارد. طراحان خطوط تولید با بهره گیری از این وسیله قابل انعطاف به سرعت می توانند نیازمندیهای مصرف كنندگان خود را تأمین و در اسرع وقت توانایی های خود را با نیازمندیهای بازار هماهنگ نمایند. از شركت های سازنده PLC می توانSIEMENS ،AEG ،OMRON ، ALLEN BRADLEY، MITSUBISHI و ; را نام برد. گرچه از عرضه PLC توسط سازندگان مختلف چند ده سالی می گذرد و در ماشین آلات و خطوط تولید خریداری شده از خارج كشور نیز به وفور مشاهده می شود، استفاده از این وسیله بسیار قابل انعطاف توسط طراحان و ماشین سازان داخلی كمتر به چشم می خورد. از جمله عواملی كه موجب تأخیر در بهره برداری از PLC توسط طراحان داخلی گردیده است عبارتند از : 1 ارتباط مشكل با منابع تأمین كننده خارجی.2 عدم دسترسی به موقع به اطلاعات سیستم ها.3 عدم پشتیبانی مؤثر سازندگان از تجهیزات فروخته شده خود.4 هزینه بالای تجهیزات خارجی.5 هزینه بالای آموزش در خارج از كشور. شركت های داخلی نیز با توجه به مشكلات یاد شده و برای پر كردن خلاء موجود اقدام به طراحی و ساخت چند نوع PLCنموده اند. PLC های مذكور، كلیه امكانات استاندارد PLC های متداول را داشته، از نمونه های خارجی با قابلیت های مشابه ارزانتر اند. این PLC ها به خوبی آزمایش گردیده، از پشتیبانی كامل آموزش و خدمات پس از فروش برخوردار می باشند. از شركتهای داخلی تولید كنندهPLC و سیستم های اتوماسیون می توان شركت كنترونیك را نام برد. این شركت با به كارگیری دانش متخصصین داخلی اقدام به تولید چندین سیستم PLC با قابلیت های متفاوت جهت استفاده در صنایع مختلف و كاربردهای متنوع نموده است. این شركت همچنین مبتكر زبان برنامه نویسی خاصی جهت سیستم های PLC تولید شده می باشد كه بسیار شبیه به زبان برنامه نویسی ابداع شده توسط شركتSIEMENS یعنیSTEP 5 است. PLCیاد شده با نمونه های خارجی مشابه خود به خوبی رقابت می كند. امروزه كاربرد PLC های ساخت شركت زیمنس در سراسر دنیا گسترش یافته، این نوع PLC بیش از هر PLC دیگری در صنایع مختلف به چشم می خورد. زبان برنامه نویسی این شركت همانطور كه اشاره شد STEP 5 و STEP 7 می باشد. همچنین این زبانها بسیار شبیه به زبان ابداع شده توسط شركت كنترونیك یعنی CSTL بوده، و تفاوت این دو زبان برنامه نویسی تنها در چند مورد جزئی است. لازم به ذكر است كه اصول كلی زبانهای برنامه نویسی مختلف تقریباً یكسان بوده، و كاربر می تواند با یادگیری یكی از زبانهای مذكور، سایر زبانها را به آسانی درك و از آنها استفاده نماید. سازندگان سیستم PLC برای برنامه نویسی سیستم های خود، هر یك از زبان منحصر به فردی استفاده می نمایند كه از نظر اصولی همگی تابع یك سری قوانین منطقی و كلی بوده، تنها تفاوت آنها در ساختار برنامه نویسی و نمادهای استفاده شده است. از زبانهای ابداع شده توسط سازندگان PLC میتوان S5، S7، FST، OMRON، CSTL، ALLEN BRADLEY و ; را نام برد. 1-3- كاربرد PLC در صنایع مختلف امروزه كاربرد PLC در صنایع و پروسه های مختلف صنعتی به وفور به چشم می خورد. در زیر تعدادی از این كاربردها آورده شده است._ صنایع اتومبیل سازی_شامل : عملیات سوراخ كاری اتوماتیك، اتصال قطعات و همچنین تست قطعات و تجهیزات اتومبیل، سیستم های رنگ پاش، شكل دادن بدنه به وسیله پرس های اتوماتیك و ; _ صنایع پلاستیك سازی_شامل : ماشین های ذوب و قالب گیری تزریقی، دمش هوا و سیستم های تولید و آنالیز پلاستیك و ;_ صنایع سنگین_شامل : كوره های صنعتی، سیستم های كنترل دمای اتوماتیك، وسایل و تجهیزاتی كه در ذوب فلزات استفاده می شوند و;_ صنایع شیمیایی_شامل : سیستم های مخلوط كننده، دستگاههای تركیب كننده مواد با نسبت های متفاوت و ;_ صنایع غذایی_شامل : سیستم های سانتریفوژ، سیستم های عصاره گیری و بسته بندی و;_ صنایع ماشینی_شامل : صنایع بسته بندی، صنایع چوب، صنایع كاغذ و مقوا، سیستم های سوراخ كاری، سیستم های اعلام خطر و هشدار دهنده، سیستم های استفاده شده در جوش فلزات و; _ خدمات ساختمانی_شامل : تكنولوژی بالابری (آسانسور)، كنترل هوا و تهویه مطبوع، سیستم های روشنایی خودكار و;_ سیستم های حمل و نقل_شامل : جرثقیل ها، سیستم های نوار نقاله، تجهیزات حمل و نقل و;_ صنایع تبدیل انرژی (برق، گاز و آب)_شامل : ایستگاههای تقویت فشار گاز، ایستگاههای تولید نیرو، كنترل پمپ های آب، سیستم های تصفیه آب و هوای صنعتی، سیستم های تصفیه و بازیافت گاز و ; 1-4- سخت افزار PLC از لحاظ سخت افزاری می توان قسمت های تشكیل دهنده یك سیستم PLC را به صورت زیر تقسیم نمود : 1 – واحد منبع تغذیه (Power Supply) PS 2 – واحد پردازش مركزی (Central Processing Unit) CPU 3 – حافظه (Memory) 4 – ترمینال های ورودی (Input Module) 5 – ترمینال های خروجی (Output Module) 6 – مدول ارتباط پروسسوری (Communication Processor) CP 7 – مدول رابط (Interface Module) IM 1-4-1- مدول منبع تغذیه (PS) منبع تغذیه ولتاژ های مورد نیاز PLC را تأمین می كند. این منبع معمولاً از ولتاژهای 24 ولت DC و 110 یا 220 ولت AC، ولتاژ 5 ولت DC را ایجاد می كند. لازم به ذكر است كه ولتاژ منبع تغذیه باید كاملاً تنظیم شده (رگوله) باشد. جهت دستیابی به راندمان بالا معمولاً از منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می شود. ولتاژی كه در اكثر PLC ها استفاده می گردد ولتاژ 5 یا 2/5 ولتDC است. (در برخی موارد، منبع تغذیه و واحد كنترل شونده در فاصله زیادی نسبت به یكدیگر قرار دارند بنابراین ولتاژ منبع، 2/5 ولت انتخاب می شود تا افت ولتاژ حاصل از بُعد مسافت بین دو واحد مذكور جبران گردد.) برای تغذیه رله ها و محرك ها(Actuator) معمولاً از ولتاژ 24 ولتDC به صورت مستقیم (بدون استفاده از هیچ كارت ارتباطی) استفاده می شود. در برخی موارد نیز از ولتاژهای 110 یا 220 ولت AC با استفاده از یك كارت رابط به نام Relay Board استفاده می گردد. (در مورد تغذیه رله ها احتیاج به رگولاسیون دقیق نیست.) در برخی شرایطِ كنترلی لازم است تا در صورت قطع جریان منبع تغذیه، اطلاعات موجود در حافظه و همچنین محتویات شمارنده ها، تایمر ها و فلگ های پایدار بدون تغییر باقی بمانند. در این موارد از یك باطری جنس”Lithium” جهت حفظ برنامه در حافظه استفاده می گردد كه به آن”Battery Back Up” می گویند. ولتاژ این نوع باطری ها معمولاً 8/2 ولت تا 6/3 ولت می باشد. از آنجایی كه این باطری نقش مهمی در حفظ اطلاعات موجود در حافظه دارد در اكثر PLC ها یك چراغ نشان دهنده تعبیه شده و در صورتیكه ولتاژ باطری به سطحی پائین تر از مقدار مجاز 8/2 ولت برسد این نشان دهنده روشن می گردد. این نشان دهنده به Battery Low LED معروف است. در صورت مشاهده روشن شدن این نشان دهنده لازم است كه باطری مذكور تعویض گردد. برای تعویض باطری ابتدا باید به وسیله یك منبع تغذیه، ولتاژ مدول مورد نظر را تأمین و سپس اقدام به تعویض باطری نمود.   1-4-2- واحد پردازش مركزی (CPU) CPU یا واحد پردازش مركزی در حقیقت قلب PLC است. وظیفه این واحد، دریافت اطلاعات از ورودی ها، پردازش این اطلاعات مطابق دستورات برنامه و صدور فرمانهایی است كه به صورت فعال یا غیر فعال نمودن خروجی ها ظاهر می شود. واضح است كه هر چه سرعت پردازش CPU بالاتر باشد زمان اجرای یك برنامه كمتر خواهد بود. 1-4-3- حافظه (Memory) حافظه محلی است كه اطلاعات و برنامه كنترل در آن ذخیره می شوند. علاوه بر این، سیستم عامل كه عهده دار مدیریت كلی بر PLC است در حافظه قرار دارد. تمایز در عملكرد PLC ها، عمدتاً به دلیل برنامه سیستم عامل و طراحی خاص CPU آنهاست. در حالت كلی در PLC ها دو نوع حافظه وجود دارد :1- حافظه موقت (RAM) كه محل نگهداری فلگ ها، تایمر ها، شمارنده ها و برنامه های كاربر است.2- حافظه دائم (EPROM،EEPROM ) كه جهت نگهداری و ذخیره همیشگی برنامه كاربر استفاده می گردد.   1-4-4- ترمینال ورودی (Input Module) این واحد، محل دریافت اطلاعات از فرایند یا پروسه تحت كنترل می باشد. تعداد ورودی ها در PLC های مختلف، متفاوت است. ورودی هایی كه در سیستم های PLC مورد استفاده قرار می گیرند در حالت كلی به صورت زیر می باشند :الف) ورودی های دیجیتال (Digital Input)ب) ورودی های آنالوگ (Analog Input) الف) ورودی های دیجیتال یا گسسته این ورودی ها معمولاً به صورت سیگنال های صفر یا 24 ولت DC می باشند، گاهی برای پردازش توسط CPU به تغییر سطح ولتاژ نیاز دارند. معمولاً برای این عمل مدول هایی خاص در PLC در نظر گرفته می شود. جهت حفاظت مدارات داخلی PLC از خطرات ناشی از اشكالات بوجود آمده در مدار یا برای جلوگیری از ورود نویزهای موجود در محیط های صنعتی ارتباط ورودی ها با مدارات داخلی PLC توسط كوپل كننده های نوری (Optical Coupler) انجام می گیرد. به دلیل ایزوله شدن ورودی ها از بقیه اجزای مدار داخلی PLC، هر گونه اتصال كوتاه و یا اضافه ولتاژ نمی تواند آسیبی به واحد داخلی PLC وارد آورد. ب) ورودی های آنالوگ یا پیوسته این گونه ورودی ها در حالت استانداردVDC 10± – 0، mA 20 – 4 و یا mA 20 – 0 بوده، مستقیماً به مدول های آنالوگ متصل می شوند. مدول های ورودی آنالوگ، سیگنال های دریافتی پیوسته (آنالوگ) را به مقادیر دیجیتال تبدیل نموده، سپس مقادیر دیجیتال حاصل توسط CPU پردازش می شوند. 1-4-5- ترمینال خروجی (Output Module) این واحد، محل صدور فرمانهای PLC به پروسه تحت كنترل می باشد. تعداد این خروجی ها در PLC های مختلف متفاوت است. خروجی های استفاده شده در PLC ها به دو صورت زیر وجود دارند : الف) خروجی های دیجیتال ((Digital Outputب) خروجی های آنالوگ ( Output Analog) الف) خروجی های دیجیتال یا گسسته این فرمانهای خروجی به صورت سیگنالهای 0 یا 24 ولت DC بوده كه در خروجی ظاهر می شوند، بنابراین هر خروجی از لحاظ منطقی می تواند مقادیر”0″ (غیر فعال) یا”1″ (فعال) را داشته باشد. این سیگنال ها به تقویت كننده های قدرت یا مبدل های الكتریكی ارسال می شوند تا مثلاً ماشینی را به حركت درآورده (فعال نمایند) یا آن را از حركت باز دارند. (غیر فعال نمایند) در برخی موارد استفاده از مدول خروجی دیجیتال جهت رسانیدن سطوح سیگنال های داخلی PLC به سطوح 0 یا 24 ولت DC الزامی است. ب) خروجی های آنالوگ یا پیوسته سطوح ولتاژ و جریان استاندارد خروجی می تواند یكی از مقادیرVDC 10±-0، mA 20-4 و یاmA 20-0 باشد. معمولاً مدول های خروجی آنالوگ، مقادیر دیجیتال پردازش شده توسط CPU را به سیگنال های پیوسته (آنالوگ) مورد نیاز جهت پروسه تحت كنترل تبدیل می نمایند. این خروجی ها به وسیله واحدی به نام Isolator از سایر قسمتهای داخلی PLC ایزوله می شوند. بدین ترتیب مدارات حساس داخلی PLC از خطرات ناشی از امكان بروز اتصالات ناخواسته خارجی محافظت می گردند. 1-4-6- مدول ارتباط پروسسوری (CP) این مدول، ارتباط بین CPU مركزی را با CPU های جانبی برقرار می سازد. 1-4-7- مدول رابط (IM) درصورت نیاز به اضافه نمودن واحد های دیگر ورودی و خروجی به PLC یا جهت اتصال پانل اپراتوری و پروگرامر به PLC از این مدول ارتباطی استفاده می شود. درصورتیكه چندین PLC به صورت شبكه به یكدیگر متصل شوند از واحد IM جهت ارتباط آنها استفاده می گردد.در شكل 1-1 شمای كلی یك PLC نشان داده شده است. شكل 1-1 شمای كلی یك PLC و قسمت های مختلف آن در شكل 1-2 نحوه ارتباط CPU با سایر قسمت های PLC نشان داده شده است. شكل 1-2 نحوه ارتباط CPU با سایر قسمت های PLC در ادامه بحث به توضیح در مورد برخی از مفاهیم موجود در شكل 1-2 خواهیم پرداخت. 1-5- تصویر ورودی ها (PII) قبل از اجرای برنامه، CPU وضعیت تمام ورودی ها را بررسی و در قسمتی از حافظه به نام PII (Process Input Image) نگهداری می نماید. جز در موارد استثنایی و تنها در بعضی از انواع PLC، غالباً در حین اجرای برنامه،CPU به ورودی ها مراجعه نمی كند بلكه برای اطلاع از وضعیت هر ورودی به سلول مورد نظر در PII رجوع می كند. در برخی موارد این قسمت از حافظه، IIR (Input Image Register) نیز خوانده می شود. 1-6- تصویر خروجی ها (PIO)هرگاه در حین اجرای برنامه یك مقدار خروجی بدست آید، در این قسمت از حافظه نگهداری می شود. جز در موارد استثنایی و تنها در برخی از انواع PLC، غالباً در حین اجرای برنامه، CPU به خروجی ها مراجعه نمی كند بلكه برای ثبت آخرین وضعیت هر خروجی به سلول مورد نظر در PIO (Process Image Output) رجوع می كند و در پایان اجرای برنامه، آخرین وضعیت خروجی ها از PIO به خروجی های فیزیكی منتقل می گردند. در برخی موارد این قسمت از حافظه را OIR (Output Image Register) نیز می گویند. 1-7- فلگ ها، تایمر ها و شمارنده ها هر CPUجهت اجرای برنامه های كنترلی از تعدادی تایمر، فلگ و شمارنده استفاده می كند. فلگ ها محل هایی از حافظه اند كه جهت نگهداری وضعیت برخی نتایج و یا خروجی ها استفاده می شوند. جهت شمارش از شمارنده و برای زمان سنجی از تایمر استفاده می گردد. فلگ ها، تایمر ها و شمارنده ها را از لحاظ پایداری و حفظ اطلاعات ذخیره شده می توان به دو دسته كلی تقسیم نمود. 1- پایدار (Retentive) به آن دسته از فلگ ها، تایمر ها و شمارنده هایی اطلاق می گردد كه در صورت قطع جریان الكتریكی (منبع تغذیه) اطلاعات خود را از دست ندهند.2- ناپایدار (Non-Retentive) این دسته برخلاف عناصر پایدار، در صورت قطع جریان الكتریكی تغذیه، اطلاعات خود را از دست می دهند.تعداد فلگ ها، تایمر ها و شمارنده ها در PLC های مختلف متفاوت می باشد اما تقریباً در تمامی موارد قاعده ای كلی جهت تشخیص عناصر پایدار و ناپایدار وجود دارد. فرض كنید كه در یك نوع PLC خاص تعداد فلگ ها، تایمر ها و شمارنده ها به ترتیب mو n و pباشد. تعداد عناصر پایدار و ناپایدار با یكدیگر برابر است. بنابراین تعداد این عناصر به ترتیب و و می باشد. المان های كه شماره آنها از مقادیر نصف یعنی و و كوچكتر باشد پایدار و بقیه، عناصر ناپایدار هستند. به طور كلی می توان گفت كه نیمه اول این عناصر، پایدار و نیمه دوم ناپایدار می باشد. فرض كنید كه در یك نوع PLC، 16 شمارنده (C0-C15) تعریف شده باشد بنا بر قاعده مذكور شمارنده های C0-C7 همگی پایدار و شمارنده های C8-C15 ناپایدار می باشند. 1-8- انبارك یا اَكومولاتور (ACCUM) انبارك یا اكومولاتور یك ثبات منطقی است كه جهت بارگذاری یا به عبارت دیگر بار نمودن اطلاعات استفاده می گردد. از این ثبات جهت بارگذاری اعداد ثابت در تایمر ها، شمارنده ها، مقایسه گرها و ; استفاده می شود. 1-9- گذر گاه عمومی ورودی / خروجی (I/O bus) همان گونه كه قبلاً ذكر شد وظیفه پردازش اطلاعات در PLC بر عهده CPU است. بنابراین برای اجرای برنامه بایستی CPU با ورودی ها، خروجی ها و سایر قسمتهای PLC در ارتباط بوده، با آنها تبادل اطلاعات داشته باشد. سیستمی كه مرتبط كننده CPU با قسمتهای دیگر است bus نامیده می شود. این سیستم توسط CPU اداره می شود و در حقیقت علت كاهش چشمگیر اتصالات در PLC به دلیل وجود همین سیستم می باشد. سیستم bus از سه بخش زیر تشكیل شده است. 1- باس داده (Data bus )2- باس آدرس (Address bus )3- باس كنترل (Control bus) مشخصات سیستم باس بستگی به نوع CPU مورد استفاده و حجم كلی حافظه دارد. مثلاً برای پردازشZ80 باس داده دارای 8 خط ارتباطی است كه ارسال و دریافت هشت بیت یا یك بایت اطلاعات را امكان پذیر می سازد. بنابراین ورودیها، خروجیها و حافظه ها بایستی در دسته های هشت بیتی یا یك بایتی سازماندهی شوند. هر بایت اطلاعات بایستی آدرس منحصر به فردی داشته باشد، هر گاه CPU بخواهد اطلاعاتی را با بایت بخصوصی رد و بدل نماید با استفاده از آدرس منحصر به فرد آن بایت این تبادل اطلاعات امكان پذیر می گردد. وقتی تمام امكانات CPU با بایت مورد نظر از لحاظ آدرس و خط ارتباطی فراهم شد CPU توسط باس كنترل، جهت حركت و زمان رد و بدل اطلاعات را سازمان دهی می كند. 1-10- روشهای مختلف آدرس دهیجهت آدرس دهی معمولاً از سه روش زیر استفاده می شود.1- :Fixed Address در این روش تمام ورودی ها و خروجی ها دارای آدرس ثابتی می باشند. 2- :Slot Address در این روش، آدرس دهی قابل تغییر می باشد و این تغییر آدرس توسط شیارهای مورد نظر و فیش های زائده دار انجام می گیرد. 3-:Flexible Address در این روش آدرس دهی كه قابل تغییر نیز می باشد سوئیچ هایی (دیپ سوئیچ) در نظر گرفته شده كه با استفاده از آنها می توان آدرس دهی را تغییر داد. حال كه با سخت افزار سیستم های PLC آشنا شدیم به بررسی نرم افزار آن می پردازیم. 1-11- نرم افزار PLC در PLC ها سه نوع نرم افزار قابل تعریف است:1- نرم افزاری كه كارخانه سازنده با توجه به توان سخت افزاری سیستم تعریف می كند كه به آن Operating System یا به اختصار OS گویند. مثلاً در PLC زیمنس مدلU 100 تعداد 16 تایمر (T0-T15) تعریف شده است و اگر در برنامه نویسی از تایمر شماره 18 یعنی T18 استفاده شود سیستم عامل دستور مذكور را به عنوان یك دستور اشتباه قلمداد كرده، برنامه اجرا نخواهد شد. لازم به ذكر است كه این نرم افزار ثابت بوده، قابل تغییر نمی باشد بنابراین از نوع فقط خواندنی است و معمولاً در EPROM یا EEPROM ذخیره می شود. 2- نرم افزاری كه برنامه نوشته شده توسط استفاده كننده (user) را به زبان قابل فهم ماشین تبدیل می نماید. این برنامه منحصر به كارخانه سازنده بوده، نام خاصی نیز دارد. معروف ترین و پر كاربردترین این نرم افزارها، نرم افزارS5 و S7 می باشد كه توسط شركت زیمنس ابداع گردیده است. این نرم افزار هم مانند OS قابل تغییر نیست و بایستی در ROM ذخیره و برای اجرا بهRAM پروگرامر ارسال گردد. 3- نرم افزار یا برنامه ای كه توسط استفاده كننده نوشته می شود و به آن User Program گویند. این نرم افزار در هر لحظه قابل تغییر بوده، خواندنی/نوشتنی است. این نرم افزار در RAM و یا در EPROM و یا درEEPROM ذخیره و در صورت ایجاد هر گونه اشكال در RAM از مدول ذكر شده مجدداً در RAM كپی شده، اجرا می گردد. همان گونه كه ذكر شد هرPLC شامل سخت افزار و نرم افزار می باشد. در صفحات گذشته به طور اجمال به توضیح در مورد سیستم های سخت افزاری و همچنین نرم افزار PLCپرداختیم. واضح است كه برای وارد كردن برنامه كنترلی یا نرم افزار كنترلی به سخت افزار، نیاز به یك واحد برنامه نویسی یا پروگرامر می باشد. در ادامه بحث به تشریح واحد برنامه نویسی (Programming Unit) می پردازیم. 1-12- واحد برنامه ریزی (PG) در استفاده و به كارگیری PLC علاوه بر آشنایی با نحوه كار، آشنایی با واحد برنامه نویسی آن نیز ضروری است زیرا توسط این واحد قادر خواهیم بود با PLC ارتباط برقرار نمائیم. به این ترتیب كه برنامه كنترل دستگاه را نوشته، آن را در حافظه PLCقرار داده، اجرای آن را از PLC می خواهیم. این واحد بسیار شبیه به كامپیوتر های معمولی است، یعنی دارای یك صفحه نشان دهنده (مانیتور) و صفحه كلید می باشد. تفاوت این واحد با كامپیوتر معمولی، تك منظوره بودن آن می باشد بدین معنی كه از PG تنها می توان جهت ارتباط بر قرار نمودن با PLC مربوطه استفاده نمود. با استفاده از PG می توان از وضعیت و چگونگی اجرای برنامه مطلع شد. صفحه نمایش واحد برنامه نویسی به ما نشان می دهد كه كدام ورودی روشن یا خاموش است، PLC توسط خروجی ها دستور فعال شدن یا توقف كار كدام ماشین ها را می دهد و در حقیقت نحوه اجرای برنامه در صفحه نمایش ظاهر می شود. بنابراین در صورتی كه اشكالی در برنامه وجود داشته باشد یا ایرادی در اجرای برنامه پیدا شود، از این طریق می توان به آن پی برد. پس می توان گفت كه واحد برنامه نویسی در عیب یابی برنامه كنترل دستگاهها و سیستم های تحت كنترل و بررسی علت توقف آنها نقش به سزایی دارد. به وسیله PG می توان تغییرات عملوندها یعنی ورودی ها، خروجی ها و همچنین تایمر ها و شمارنده های برنامه در حال اجرا را به صورت Real Time ملاحظه نمود. در اكثر PLC ها و به كمك PG می توان با دستور خاصی نظیر STATUS وضعیت عملوندها را در حین اجرای برنامه مشاهده نمود. انواع سخت افزار 2-1- انواع PLC كنترل كننده های منطقی برنامه پذیر از لحاظ شكل ظاهری به دو گروه تقسیم بندی می شوند: 1- یكپارچه 2- مدولار (Modular) یك PLC كوچك عموماً بصورت یكپارچه ساخته می شود و تا حدود 40 ورودی/خروجی دیجیتال را می پذیرد. حافظه این نوع PLC قادر به نگهداری كمتر از 1000 خط برنامه می باشد. همانطور كه در شكل 2-1-الف مشاهده می كنید در روی این PLCمكانی جهت اتصال به پروگرامر و همچنین افزایش تعداد ورودیها و خروجیها وجود دارد. در شكل 2-1-ب نوع مدولار یك PLC را مشاهده می كنید. این نوع طراحی بیشتر در انواع متوسط و بزرگ PLC مورد استفاده قرار می گیرد و شامل كارتهای جداگانه، منبع تغذیه، واحد پردازنده مركزی (CPU) و ورودی/خروجی (I/O Module) ”به تعداد مورد نیاز“ می باشد كه این كارتها به ترتیب روی RACK و در داخل شكافها (SLOTS) نصب می شوند. ترمینال های مربوط به كارتهای ورودی/خروجی در این نوع PLC به دلیل حجم زیاد سیم كشی و سهولت در جداسازی به هنگام تعمیرات، عموماً به صورت بلوكهای جدا شونده كشویی ساخته می شوند. در این نوع طراحی بسته به نیاز و نوع سیستم كنترل می توان از كارتهای مختلف I/O استفاده نمود. (الف) (ب) شكل 2-1 شكل ظاهری PLC : الف) نوع یكپارچه، ب) نوع مدولار بعضی از انواع این كارتها عبارتند از :1- كارتهای I/O دیجیتال در دامنه های مختلف ولتاژ DC و AC2- كارتهای I/O آنالوگ ولتاژ و جریان (كه می توانند بصورت mA20-4 یا V 10-0 یا; استفاده شوند)3- كارتهای با مقاصد خاص نظیر شمارنده سریع، كارتهای زمان سنج، كارتهای PID، كارتهای RTD و ;4- كارتهای ارتباطی جهت برقرار كردن ارتباط بین PLC با كامپیوتر شخصی و یا با چند PLC دیگرنكته : توجه نمایید كه بعضی از انواع این كارتها به دلیل پیچیدگی های موجود دارای ریز پردازنده جداگانه می باشند كه آنها را كارتهای هوشمند (Inteligent Module) می نامند. 2-2- انواع رابطهای برنامه نویسی (Programmers) رابطهای برنامه نویسی از لحاظ شكل ظاهری در دو گروه جای می گیرند.1- پروگرامر دستی (به طور مفصل در فصل قبل توضیح داده شد) كه شامل یك صفحه كلید كوچك به همراه یك صفحه نمایش كریستال مایع(LCD) می باشد (شكل 2-2) و عمدتاً جهت اشكال یابی و یا تغییرات جزئی در برنامه مورد استفاده قرار می گیرد. شكل 2-2 رابط برنامه نویسی دستی 2- روش دیگر استفاده از كامپیوترهای شخصی (PC) و یا رومیزی Top) (Lap و نرم افزارهای ویژه برنامه نویسی می باشد. بنابراین كاربر از طریق این كامپیوتر می تواند مستقیماً برنامه موجود در حافظه PLC را مشاهده و تغییر دهد(online programming) و یا ابتدا برنامه را در داخل كامپیوتر شخسی بنویسد و سپس در موقع مناسب آنرا به PLC منتقل نماید (offline programming). توجه نمایید كه پروگرامر های دستی فقط به صورت online قابل استفاده می باشند.بعلاوه در روی كارت CPU (نوع مدولار) و در روی PLC (نوع یكپارچه) كلیدی جهت تعیین وضعیت PLC وجود دارد. هنگامیكه این كلید در وضعیت RUN باشد برنامه اجرا می گردد. در بعضی از انواع PLC برای تغییر برنامه باید این كلید حتماً از وضعیت RUN خارج شود. (توجه نمائید كه تغییر برنامه در حال اجرا، حتی اگر در یك PLC امكان پذیر باشد باید با دقت كامل انجام پذیرد). قابلیتهای نرم افزارهای برنامه نویسی كه توسط سازندگان PLC ارائه می شود، عموماً به شرح زیر می باشد.1- امكان نوشتن برنامه به صورت Offline و ذخیره آن به صورت یك فایل جهت دسترسی دوباره به برنامه فوق.2- مشاهده اجرای یك برنامه در حال كار(online Monitoring) روی PLC.3- قابلیت قطع و وصل هر ورودی یا فعال و غیر فعال كردن هر خروجی در حین اجرای برنامه (forcing). بایستی دقت شود كه عمل forcing حفاظتهای موجود در سیستم را در نظر نمی گیرد، بنابراین هنگام استفاده از آن باید دقت نمود! 4- بعد از نوشتن برنامه تغییر و اشكال یابی آن باید به سهولت انجام پذیرد. از این رو نرم افزارهای برنامه نویسی عموماً بایستی دارای قابلیتهای ذیل باشند.الف) تهیه پرینت از برنامه و لیست ورودیها و خروجیها.ب) امكان پیدا كردن سریع هر ورودی یا خروجی دلخواه(search) در برنامه.ج) امكان قرار دادن توضیحات اضافی در برنامه(comments).د) امكان قرار دادن برچسبهای نامگذاری (tags). 2-3- انواع حافظه برای آشنایی با حافظه می توان آنرا بصورت ماتریسی از عناصر الكترونیكی در نظر گرفت كه هر عنصر توانایی ذخیره كردن یك بیت(BIT) را در خود دارد (هر بیت می تواند ارزش صفر یا یك داشته باشد). هر سطر حافظه معمولاً حاوی 8 بیت می باشد كه به آن بایت (BYTE) می گویند. بعضی از انواع حافظه دارای یك سطر 16 بیتی (WORD) و یا 32 بیتی (Double WORD) می باشند. هر ستون از این ماتریس دارای آدرس منحصر به فردی می باشد و CPU می تواند از طریق خطوط آدرس (Address bus) به هر بایت دلخواه از حافظه دسترسی پیدا كند. همچنین از طریق خطوط كنترل(Control bus) تعیین می كند كه قصد نوشتن در حافظه را دارد یا هدف خواندن آن می باشد و بایت مورد نظر نیز از طریق خطوط اطلاعات(Data bus) بین CPU و حافظه جابجا می شود. (شكل2-3) ظرفیت حافظه عموماً برحسب كلیوبایت (KB) بیان می شود. بعنوان مثال هنگامیكه گفته می شود یك PLCدارای 6KB حافظه می باشد (برخلاف سیستم ده دهی كه هر كیلو معادل 1000 می باشد در سیستم باینری هر كیلو معادل 1024 می باشد) منظور این است كه ظرفیت این حافظه معادل (49152 = 8*1024*6) 49152 بیت می باشد. قبل از اینكه در ادامه این بخش به معرفی انواع حافظه های موجود در PLC بپردازیم، كمی دقیق تر به نحوه انجام عملیات در داخل یك PLC نگاه می كنیم. 1- PLC تمامی ورودیها را امتحان می نماید (Scan Inputs)، ورودیهایی كه وصل هستند از نظر PLC معادل یك و ورودیهایی كه قطع می باشند معادل صفر در نظر گرفته می شوند.2- PLC ارزش ورودیها را در داخل قسمتی از حافظه اطلاعات (Data RAM) شكل 2-3 ذخیره میكند كه به این قسمت از حافظهInput Image Register گفته می شود. (رجیستر به یك گروه از بیتهای حافظه اطلاق می شود و Input Image نشان دهنده این واقعیت است كه این رجیستر حاوی تصویری از ارزش ورودیهاست نه خود آنها)3- CPU برنامه موجود در حافظه User Program RAM (شكل 2-3) را خط به خط خوانده و اجرا می كند و در طی اجرای برنامه چنانچه تعدادی از ورودیها تغییر وضعیت بدهند PLC متوجه آن نمی شود زیرا PLC وضعیت ورودیها را در زمان اجرای برنامه از IIR می خواند. شكل 2-3 معماری داخلی PLC 4- PLC وضعیت خروجی ها را در طی اجرای برنامه در قسمتی از حافظه اطلاعات به نام (OIR) Output Image Registerذخیره می كند.5- PLC پس از پایان اجرای برنامه وضعیت خروجیها را از OIR به واحد خروجی می فرستد.6- این سیكل مجدداً از شماره یك آغاز می شود.7- كل انجام مراحل 1 تا 5 برابر است با : Scan Inputs+ Scan program + Scan Outputsو آنرا Scan Time می نامند. چنانچه این زمان بیشتر از مقدار معینی (مثلاً ms 200( گردد، نشان دهنده این مطلب می باشد، كه یكی از قسمتهای PLC دچار اشكال شده بنابراین تایمر سگ نگهبان (Watch Dog Timer) عمل می نماید و تمامی خروجیها را غیر فعال می كند تا عملكرد اشتباه PLC منجر به حادثه نگردد. انواع حافظه موجود در PLC عبارتست از : 1- حافظه سیستم عامل (System ROM) PLC : حافظه فقط خواندنی یا(Read Only Memory) ، جهت ذخیره سازی الگوریتم عملكرد PLC استفاده می گردد.2- حافظه اطلاعات (Data RAM) : حافظه خواندنی/نوشتنی جهت ذخیره اطلاعات لازم در طول اجرای برنامه مانند IIR،OIR و همچنین اطلاعات مربوط به ابزارهای برنامه نویسی مانند تایمر، شمارنده ها و رله های داخلی می باشد. 3- حافظه جهت ذخیره سازی برنامه (User Program Memory) : این حافظه جهت نگهداری برنامه در داخل PLC استفاده می گردد و می تواند به یكی از صورتهای زیر باشد .الف)CMOS RAM : حافظه خواندنی/نوشتنی كه در صورت قطع برق محتویات آن توسط باطری پشتیبان (back up battery) حفظ خواهد شد. (CMOS RAM نوعی حافظهRAM كم مصرف می باشد.) باطری پشتیبان نیز عموماً می تواند از نوع آلكالین (حداكثر طول عمر یك سال) لیتیوم (حداكثر ده سال) و باطریهای قابل شارژ نیكل كادمیم (حداكثر طول عمر پنج سال) باشد.ب)(Erasable Programmable ROM) EPROM : در این نوع حافظه با قطع برق برنامه موجود در آن از بین نمی رود، ولی در صورتیكه بخواهیم تغییری در برنامه ایجاد كنیم، ابتدا باید این حافظه به مدت چند دقیقه در مجاورت نور شدید ماورای بنفش (UV) قرار گیرد تا محتویات آن پاك شود و سپس برنامه جدید را با استفاده از پروگرامر روی آن ذخیره كنیم.ج)(Electrical Erasable Programmable ROM) EEPROM: با قطع برق برنامه موجود در این نوع حافظه از بین نمی رود همچنین در هر لحظه می توان توسط پروگرامر برنامه موجود در EEPROM را تغییر داد یا برنامه جدیدی در آن نوشت. (نیاز به پاك كردن بوسیله اشعه ماورای بنفش ندارد.) 2-4- پاسخ زمانی PLC فرض نمائید كه در یك برنامه با وصل یك ورودی، یك خروجی باید فعال گردد. حال اگر تصادفاً ورودی در لحظه ای وصل شود كه PLC، مرحله خواندن ورودیها را به انجام رسانده باشد، در این صورت باید به اندازه یك Scan (مجموع زمان اسكنِ ورودیها، اسكنِ برنامه و اسكنِ خروجیها) صبر كند تا PLC متوجه وصل شدن این ورودی گردد و سپس به اندازه یك اسكنِ دیگر صبر نماید تا خروجی فعال گردد. بنابراین حداكثر تأخیر در اجرای این برنامه، دو برابر زمان اسكن است كه این تأخیر را تأخیر نرم افزاری می نامند. از طرف دیگر به دلیل نویز های موجود در محیط های صنعتی كارتهای ورودی عموماً دارای فیلتری می باشند كه این نیز به نوبه خود تأخیری را در دریافت ورودی ایجاد می نماید (حدود 10 ms)، همچنین اگر كارت خروجی از نوع رله ای باشد مدت زمانی حدود ms 10 نیز برای وصل رله خروجی خواهیم داشت، مجموع این دو زمان را تأخیر سخت افزاری PLC می نامند. بنابراین پاسخ زمانی PLC حاصل جمع تأخیر نرم افزاری و سخت افزاری موجود در آن می باشد. وسایل ورودی و خروجی كلید شستی و كنتاكتور از جمله وسایل ورودی و خروجی discrete یا digital می باشند، زیرا در هر لحظه می توانند تنها وصل یا قطع باشند. بنابراین مستقیماً به كارتهای ورودی و خروجی I/O متصل می شوند. ترموكوپل یك وسیله ورودی آنالوگ می باشد، زیرا متناسب با دمای محیطی كه در آن قرار گرفته، در دو سر آن ولتاژ ایجاد می شود. این ولتاژ سپس توسط مدارات الكترونیكی به ولتاژ و جریان مناسبی تبدیل شده و به كارت ورودی آنالوگ PLC وصل می گردد. در این فصل سعی شده است بعضی از انواع وسایل ورودی و خروجی، دیجیتال و آنالوگ كه در صنعت، به PLC متصل می گردند، معرفی شوند. 3-1- انواع وسایل ورودی سنسور ها وسایلی هستند كه كمیتهای فیزیكی نظیر دما، فشار، جریان سیال، سطح مایع در مخزن، حركت مكانیكی، سرعت، شتاب، رطوبت، میدان مغناطیسی و ; را حس می نمایند و نسبت به آن عكس العمل نشان می دهند. كه این عكس العمل می تواند بصورت دیجیتال (باز و بسته شدن یك كنتاكت) و یا آنالوگ (ولتاژ پیوسته) آشكار گردد. وسایل ورودی دیجیتال (سوئیچها) عموماً دارای یك سنسور و یك كنتاكت می باشند. به عنوان مثال یك سوئیچ فشار (Pressure Switch) دارای یك قسمت حس كننده فشار (سنسور فشار) می باشد، هنگامیكه فشار به حد معینی برسد عكس العمل سنسور سبب وصل شدن یك كنتاكت در داخل سوئیچ می گردد. بنابراین یك سوئیچ فشار می تواند بصورت مستقیم به كارت ورودی دیجیتال PLC متصل شود. سوئیچها می توانند در حالت عادی باز یا بسته باشند. بعنوان مثال سوئیچ فشار ذكر شده، در حالت عادی كنتاكت آن باز می باشد و با رسیدن فشار به نقطه معینی كنتاكت آن بسته می گردد. از این رو سوئیچ فوق را NO (Normally Open) می نامند. اما اگر در حالت عادی كنتاكت این سوئیچ بسته باشد و بعد از اعمال فشار این كنتاكت باز گردد آنرا (Normally Close) NC می گویند. علاوه بر این باید توجه داشت كه بعضی از انواع سوئیچها، بجای استفاده از كنتاكتهای مكانیكی از كلیدهای الكترونیكی نظیر ترانزیستور و یا تریاك استفاده می كنند. در طبیعت كمیتهای فیزیكی همگی پیوسته می باشند. بنابراین برای اندازه گیری آنها از سنسور ها به همراه مدارات الكترونیكی مورد نیاز استفاده می گردد. (كل این مجموعه را ترنسمیتر می نامند). متناسب با كمیت فیزیكی اندازه گیری شده، جریان و یا ولتاژی در خروجی ترنسمیتر ایجاد می شود و در داخل كارت آنالوگ PLC به توسط یك A/D این ولتاژ به یك عدد دیجیتال قابل فهم برای CPU تبدیل می گردد. 3-1-1- سنسور های تشخیص اشیاء (Object Detector Sensors) در خطوط تولید جهت تشخیص عبور یك شی، وجود یك قطعه، ورود انسانی به محدوده كار یك روبات، محدود كردن كورس یك پیستون و ; با هدف كنترل سیستم و همچنین جلوگیری از بروز صدمات به تجهیزات، كاربر و مواد اولیه از اینگونه سنسور ها استفاده می گردد و انواع آن به شرح ذیل می باشد.الف) لیمیت سوئیچ (Limit Switch) : در اثر تماس مستقیم و مكانیكی شیء با لیمیت سوئیچ كنتاكتهای آن تغییر وضعیت می دهند. مثلاً در یك دستگاه مته برقی، جهت اطمینان از قرار گرفتن قطعه كار در مكان مناسب، رسیدن مته به سطح قطعه و سوراخ كردن قطعه تا عمق لازم، معمولاً از سه لیمیت سوئیچ مجزا استفاده می شود. شكل 3-1 سه نوع مختلف لیمیت سوئیچ را نشان می دهد. شكل 3-1 تحریك لیمیت سوئیچ (Limit Switch) بوسیله : الف) اهرم،ب) غلطك،ج) بادامكب) پروكسیمیتی سوئیچ Proximity Switch)) : در این نوع سوئیچ بدون برقرار شدن تماس مكانیكی، عبور یا وجود شی تشخیص داده می شود. بنابراین به دلیل نداشتن تماس مستقیم دارای استهلاك كمی بوده و در انواع ذیل می باشد. 1 پروكسیمیتی سوئیچ القایی : این سوئیچ از یك اُسیلاتور RF (Radio Frequency) و یك مدار LC تشكیل شده است طبیعتاً بدلیل نوسانات ناشی از اُسیلاتور میدان مغناطیسی اطراف مدار LCالقا می گردد كه با نزدیك شدن یك قطعه فلزی به این میدان جریانی در آن قطعه القا شده و میدان ناشی از این جریان (نیروی ضد محركه) عملاً باعث بر هم خوردن تعادل اُسیلاتور شده و آنرا متوقف می نماید كه ماحصل آن وصل شدن یك كلید الكترونیكی مانند ترانزیستور می باشد. به همین دلیل به این نوع سوئیچ ECKO (Eddy Current Killed Oscillator) نیز می گویند. دامنه كاربرد این سنسور بین 0/2 mm تا 20 mm می باشد و حساسیت آن به فلزات مغناطیسی نظیر آهن بیشتر از فلزات دیگر است.2 سوئیچ پروكسیمیتی خازنی : این سوئیچ قادر به تشخیص اشیاء فلزی و غیر فلزی می باشد. همانطور كه می دانید ظرفیت یك خازن با تغییر عایق بین صفحات آن تغییر می نماید.در نوع فلزی سنسور نقش یكی از صفحات خازن را ایفا نموده و قطعه فلزی به عنوان صفحه دیگر خازن بكار می رود. با نزدیك شدن قطعه فلزی به سنسور فاصله هوایی كم شده و ظرفیت خازن تغییر می كند. (شكل 3-2) شكل 3-2 پروكسیمیتی (سنسور مجاورتی) خازنی در نوع غیر فلزی صفحه دیگر خازن، زمین می باشد و شیء غیر فلز نیز نقش عایق موجود بین صفحات را به عهده دارد. دامنه كار این سنسور بین mm 4 تا mm 60 می باشد. شكل 3-3 اثر هالج) سنسور اثر هال(Hall Effect) : هنگامیكه جریان ثابتی از دو سر یك صفحه فلزی عبور داده شود، در صورتیكه این صفحه در معرض میدان مغناطیسی عمود برآن قرار بگیرد، در دو سر دیگر صفحه ولتاژی القا می گردد كه متناسب با شدت میدان مغناطیسی می باشد. بنابراین با استفاده از سنسور هال می توان متوجه حركت یك شیء مغناطیسی (نظیر آهنربا یا یك كویل حاوی جریان) گردید. (شكل 3-3) د) رید سوئیچ (Reed Switch) : این سوئیچ از دو كنتاكت قابل انعطاف كه در داخل یك محفظه شیشه ای قرار می گیرند تشكیل شده و همانطور كه در شكل 3-4 مشاهده می نمائید با نزدیك شدن شیء مغناطیسی این دو كنتاكت جذب یكدیگر می شوند. شكل 3-4 رید سوئیچ ه) سنسور های نوری (Photoelectric Sensor) : در دو نوع مستقیم و انعكاسی ساخته می شوند. نوع مستقیم مطابق شكل 3-5-الف از یك فرستنده (LED مادون قرمز) و یك گیرنده (فتو ترانزیستور) تشكیل شده و هر كدام دارای یك عدسی جهت جلوگیری از پراكندگی نور بوده و در محفظه ای جداگانه قرار گرفته اند. به عنوان مثال می توان در چهار گوشه محل كار یك روبات از این سنسور استفاده نمود. بدین صورت كه هنگام وارد شدن انسان به محدوده كار این روبات، مسیر نور قطع شده و فتو ترانزیستور گیرنده غیرفعال می گردد و فرمان توقف را به سیستم روبات صادر می كند. در نوع انعكاسی گیرنده و فرستنده در داخل یك مجموعه قرار دارند و بنابراین تنها نیاز به یك مسیر سیم كشی می باشد. انعكاس نور نیز از طریق جسم مورد نظر یا با استفاده از صفحه منعكس كننده جداگانه ای تأمین می گردد. (شكل 3-5-ب) شكل 3-5 انواع سنسور های نوری : الف) مستقیم ب) انعكاسی نكته : شكل 3-6 طبقه خروجی دو نوع سوئیچ پروكسیمیتیDC را نمایش می دهد. اگر طبقه آخر این سوئیچ، ترانزیستور نوع NPN باشد كارت ورودی PLC باید به صورت Source بسته شود. (یعنی ترمینال مشترك ورودی به ولتاژ +v و ترمینال مربوط به ورودی مورد نظر به سر port در روی ترانزیستورNPN متصل می گردد) شكل 3-6 سوئیچ پروكسیمیتی اما اگر خروجی این سوئیچ، ترانزیستور نوع PNP باشد، كارت ورودی PLC باید به صورت Sink بسته شود. (یعنی ترمینال مشترك ورودی به ولتاژ V 0 و ترمینال مربوط به ورودی مورد نظر به سر port در روی ترانزیستور PNP متصل گردد.) بنابراین چون یك كارت ورودی معمولاً به صورت Sink یا Source می باشد، در استفاده همزمان از چند سنسور در روی یك كارت ورودی باید دقت نمود كه همگی از یك نوع باشند. 3-1-2- سنسور های جابجایی (Position Displacement Sensor) اینگونه سنسور ها جهت اندازه گیری جابجایی خطی یا دورانی یك جسم بكار می روند. افزون بر این در بسیاری از سنسور های دیگر نظیر سنسور فشار ابتدا كمیت مورد اندازه گیری تبدیل به حركت مكانیكی می شود و سپس این حركت اندازه گیری می گردد. پتانسیومتر (مقاومت متغییر) یكی از ساده ترین وسایل اندازه گیری حركت می باشد كه در نوع خطی و دورانی ساخته می شود. در ادامه سعی شده است تا با چند نوع دیگر از این سنسور ها آشنایی حاصل شود. الف) (Linear Variable Differential Transformer) LVDT : مطابق شكل 3-7 از یك سیم پیچ اولیه و دو سیم پیچ ثانویه كه در روی یك استوانه توخالی پیچیده می شوند تشكیل شده است. در درون این استوانه یك هسته آهنی قرار دارد كه یك سر آن از بیرون به وسیله ای كه می خواهیم جابجایی آن را اندازه گیری نماییم متصل است. سیم پیچ اولیه تحت ولتاژ متناوب با دامنه ثابت قرار می گیرد و دو سیم پیچ ثانویه به نحوی با یكدیگر سری می شوند كه ولتاژ خروجی از تفاضل این دو ولتاژ القایی حاصل گردد. زمانیكه هسته در وسط استوانه قرار دارد، روی دو سیم پیچ ثانویه ولتاژ AC یكسانی القاء شده و در این حالت ولتاژ خروجی صفر می باشد. هنگامیكه هسته به سمت بیرون می آید دارای مقدار منفی شده و هنگامیكه هسته به سمت داخل رود مقدار مثبت می گردد. سپس این ولتاژ متناوب خروجی را به ولتاژ مستقیم تبدیل می نماید كه اندازه این ولتاژ متناسب با موقعیت هسته در درون استوانه است. شكل3-7 ساختمان داخلی LVDT ب) اِنكودر (Encoder) : اِنكودر وسیله ای است كه حركت دورانی یا خطی را به سیگنالهای دیجیتال تبدیل می نماید، شكل 3-8 یك اِنكودر افزایشی (Incremental Encoder) دورانی را نشان می دهد.اِنكودر افزایشی از یك دیسك به همراه یك فرستنده و گیرنده نوری در دو طرف آن تشكیل شده است. هنگامیكه شَفت به گردش در می آید مسیر عبور نور قطع و وصل می گردد و باعث تولید تعداد پالسهایی متناسب با حركت زاویه ای شَفت و تعداد شكافهای موجود در روی دیسك می شود. بعنوان مثال اگر روی دیسك 60 شكاف وجود داشته باشد، هر پالس معادل می باشد. (دیسك اِنكودر می تواند یك صفحه حاوی تعدادی شكاف یا یك صفحه ترانسپورت با رنگ آمیزی تیره و روشن باشد.) اِِنكودر افزایشی حركت را نسبت به یك نقطه فرضی اندازه گیری می نماید. بنابراین در صورت قطع برق تعداد پالسهای شمارش شده از بین رفته و با وصل مجدد برق موقعیت شَفت معین نمی باشد. شكل 3-8 اجزای تشكیل دهنده اِنكودر افزایشی اِنكودر مطلق (absolute Encoder) به جای استفاده از یك سنسور نوری، به طور هم زمان از چند سنسور نوری استفاده می كند. بنابراین طراحی دیسك مربوطه نیز مطابق كدگذاری خاصی انجام می گیرد. شكل 3-9 یك اِنكودر مطلق 3 بیتی را نشان می دهد كه صفحه آن از سه دایره متحد المركز با كدگذاری مشخص جهت تشخیص 8 حالت بوسیله 3 سنسور نوری تشكیل شده است. بنابراین هر دارای یك كد باینری خاص می باشد. شكل 3-9 اجزای تشكیل دهنده اِنكدر مطلق سه بیتی 3-1-3- كرنش سنج (Strain Guage) یك قطعه سیم فلزی را در نظر بگیرید، با اعمال كشش به این سیم (تنش) طول آن متناسب با نیروی اعمالی افزایش می یابد (كرنش). سنسور های كرنش سنج بر همین اساس ساخته می شوند. نسبت تغییرات مقاومت به تغییرات طول را ضریب كرنش سنج می نامند كه به صورت ذیل بیان می شود : (Guage Factor) GF= ضریب كرنش سنج برای فلزات بین 2 تا 4 می باشد، در عمل برای اینكه تغییرات مقاومت سیم قابل توجه باشد از سیم بلند یا صفحه فلزی نازك مطابق شكل 3-10 برای ساخت كرنش سنجها استفاده می گردد. این قطعه مانند یك تمبر با استفاده از چست اپوكسی به صورت یكنواخت روی یك سطح صاف پلاستیكی چسبانیده می شود و مجموعه فوق نهایتاً روی جسمی كه می خواهیم تنش موجود روی آن اندازه گیری شود، نصب می گردد. شكل 3-10 كرنش سنج شكل 3-11 نحوه تبدیل كردن تغییرات مقاومت به تغییرات ولتاژ را به وسیله پل وتستون نمایش می دهد. هنگامیكه پل در حالت تعادل است یعنی چهار مقاومت موجود در روی آن با هم برابرند، ولتاژ خروجی وجود ندارد. با اعمال تنش مقاومت كرنش سنج تغییر می كند و ولتاژ خروجی با شرط برابر است با كه در اینجا E ولتاژ تغذیه پل وتستون می باشد. ادامه خواندن مقاله Plc

نوشته مقاله Plc اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.