کنترل کننده­‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) اجزای ضروری بسیاری از سیستم‌­های اتوماسیون صنعتی هستند. آن­‌ها کنترل‌ کننده و ناظر بر بر طیف گسترده‌­ای از تجهیزات صنعتی نظیر انواع موتورها و شیرهای صنعتی گرفته تا تسمه نقاله و روبات‌­ها می‌باشند. این تجهیزات در صنایع مختلفی نظیر انرژی، کاغذسازی، داروسازی و غذایی به کار گرفته می‌­شوند. از این رو، برنامه‌­ریزی و پیاده­ سازی برنامه تعمیر و نگهداری PLC ها از اهمیت بسزایی برخوردار است.

اجزا و عملکرد PLC ها

همانطور که پیش‌­تر به آن اشاره شد، PLC ها تجهیزات محاسباتی قابل برنامه­ ریزی هستند که برای مدیریت فرآیندهای الکترومکانیکی صنعتی مورد استفاده قرار می­‌گیرند. این تجهیزات جانشین سیستم­‌های منطقی رله هستند. سیستم­‌های مذکور برای کنترل اجزای با مقیاس کوچکتر، نظیر سوئیچ­‌ها و تایمرها مورد استفاده قرار می‌گیرند. سیستم­‌های منطق رله با فعال و غیرفعال کردن سیم‌­پیچ‌­های مغناطیسی در مدارهای الکتریکی، عملیات منطقی را انجام می‌­دهند. با توسعه میکروکنترلرها امکان برنامه­‌ریزی دقیق­‌تر برای سیستم‌­های منطق رله ایجاد گردید و انواع مختلفی از PLC ها طراحی و ساخته شدند. این تجهیزات، اطلاعات را از حسگرها یا دستگاه‌­های ورودی متصل به خود دریافت می­‌کنند. پس از پردازش داده‌­ها، خروجی­‌ها براساس پارامترهای از پیش تعریف شده برنامه­‌ریزی و راه‌­اندازی می‌­گردند. یکی از عملکردهای کلیدی PLC ها انتقال اطلاعات از تجهیزات مختلف به برنامه­‌های مدیریت متمرکز خارج از سایت و بالعکس می‌­باشد. این فرآیند مدیریت فرآیندهای مختلف صنعتی را تسهیل می­‌نماید. تابلو برق­‌های PLC  نیز در طراحی‌­های مختلف برای کنترل فرآ­یندهای صنعتی با عملکردهای متنوعی عرضه می‌گردند. به طور معمول عملکرد اصلی تابلو برق­‌های PLC 4 به شرح زیر است:

اسکن ورودی: تمامی تجهیزات متصل به PLC را شناسایی می­‌نماید.

اسکن برنامه: منطق مورد نظر کاربر تجهیز را اجرا می­‌کند.

اسکن خروجی: وضعیت ارسال یا قطع برق به تجهیزات متصل به خروجی را تعیین می­‌نماید.

نگهداری: در این مرحله به کمک ارتباط با پایانه­‌های برنامه ­نویسی انجام می‌­شود.

یک PLC به صورت ماژولار طراحی می­‌شود. این تجهیز به صورت کلی از اجزای زیر تشکیل شده است:

• رک: رک در PLC ها نقش شاسی برای ماشین را ایفا می­‌کند که سایر اجزا به آن متصل می­‌شوند. اجزای متصل به رک در یک PLC، شامل CPU، چندین ماژول I/O و منبع تغذیه هستند.
• منبع تغذیه: این جزء برای راه‌­اندازی سایر اجزای اولیه PLC مورد نیاز است. بیشتر کنترل­ کننده‌­های PLC با ولتاژ VDC 24 یا VAC 240 کار می­‌کنند. برخی از PLC ها دارای منبع تغذیه به عنوان یک ماژول جداگانه هستند. نقش منبع تغذیه در PLC ها صرفاً تامین برق نمی­‌باشد، بلکه ولتاژ جریان برق را نیز کنترل و تنظیم می‌­نماید و در صورت بروز مشکل در این بخش، به CPU هشدار می‌­دهد. اکثر تاسیسات صنعتی دارای نوسانات ولتاژ و فرکانس هستند، از این رو، منبع تغذیه باید بتواند تغییرات 10 تا 15 درصدی را در شرایط ولتاژ خط، تحمل نماید.
• واحد پردازنده (CPU): واحد پردازش مرکزی، بخش اصلی PLC است و وظایف مورد نیاز برای تکمیل عملکرد PLC را انجام می­‌دهد. CPU برنامه‌­ای دارد که به PLC می­‌گوید چگونه دستورالعمل­‌های کنترلی را اجرا نماید. CPU تمام عملیات درون PLC را کنترل و پردازش می­‌کند. این بخش با سایر PLC ها، دستگاه­‌های برنامه ­نویسی و دستگاه­‌های I/O ارتباط برقرار می­‌کند. CPU یک مدار مبتنی بر ریزپردازنده است و از یک واحد منطقی حسابی، حافظه برنامه، حافظه تصویر پردازش، تایمر داخلی و شمارنده تشکیل شده است.
• ماژول­‌های ورودی و خروجی (I/O): یک PLC داده‌ها را از دستگاه‌های ورودی مانند حسگرهای مجاورت و فوتوالکتریک، صفحه کلید، سطح­ سنج، تایمر، شمارنده، چراغ‌های کنسول، موتورهای الکتریکی و سوئیچ‌های دما و فشار دریافت می‌­کند. مفهوم سنجش داده­‌ها به ماهیت داده‌­های ورودی PLC اشاره دارد که به شکل سیگنال­‌های الکترونیکی هستند. کارت­‌های ورودی دیجیتال، سیگنال­‌های مجزا نظیر سیگنال خاموش/ روشن را کنترل می­‌نمایند. از سوی دیگر کارت­‌های ورودی آنالوگ، ولتاژ را به اعدادی تبدیل می‌­کنند که CPU می‌­تواند بفهمد. خروجی­‌های PLC شامل مواردی نظیر شیرها، موتورها، درایوها، محرک­‌ها، شیر برقی­‌ها، آلارم‌­ها، رله­‌های کنترل، چاپگرها و پمپ‌­ها است. کارت‌های خروجی دیجیتال دستگاه‌ها را روشن و خاموش می‌کنند، به عنوان مثال یک چراغ. از طرف دیگر، کارت‌های خروجی آنالوگ اعداد دیجیتال را به ولتاژ تبدیل می‌کنند، به عنوان مثال برای درایو ماشین‌آلات. PLC ها می­‌توانند تصمیمات منطقی بگیرند و اقداماتی را بر اساس داده‌­های ورودی که دریافت نموده‌­اند، انجام دهند. پردازش داده‌­های ورودی توسط یک دستگاه برنامه نویسی اجرا می­‌شود. به طور مثال، یک سوئیچ دما ممکن است دمای یک خنک کننده را کنترل کند و به طور متناوب این اطلاعات را از طریق یک PLC به یک چاپگر در مرکز عملیات یک کارخانه ارسال نماید.
• دستگاه برنامه ­نویسی: دستگاه برنامه­ نویسی معمولاً یک رایانه شخصی، کنسول یا دستگاه اختصاصی دستی است. ماژول‌های ورودی/خروجی، سیگنال‌های ورودی را به CPU هدایت کرده و در آن­جا سیگنال­‌های خروجی ایجاد می­‌گردند. فرمت داده‌­های خروجی توسط یک برنامه کاربردی پیاده سازی شده بر روی دستگاه برنامه نویسی، مشخص می‌­شود.
• حافظه و ذخیره ­سازی: ROM داده‌­ها و درایورهای سیستم عامل را ذخیره می­‌نماید. از طرفی، RAM وضعیت و جزئیات مربوط به داده‌­های ورودی و خروجی و برنامه‌­های کاربردی را ذخیره‌­سازی می‌­کند.
• ارتباط دهنده‌­ها: ماژول­‌های I/O وظیفه انتقال اطلاعات بین PLC و شبکه­‌های ارتباطی را بر عهده دارند. برای برقراری ارتباط با دستگاه‌­های خارجی، PLC ها از استاندارد توصیه شده 232 (RS-232) استفاده می­‌کنند که یک استاندارد ارتباط سریال است. RS-232 از کد باینری برای خواندن و نوشتن داده­‌ها در قالب کد استاندارد آمریکایی تبادل اطلاعات (ASCII) استفاده می‌کند. PLC ها پروتکل­‌های مختلفی را جهت برقراری ارتباط از طریق شبکه یا دستگاه­‌های بی­سیم به کار می­‌گیرند. یکی ازاین پروتکل­‌های ارتباطی سریال Modbus RTU می­‌باشد که اغلب در شبکه­‌های ارتباطی صنعتی برای انتقال داده­‌ها در فواصل طولانی استفاده می­‌شود. پروتکل‌­های اترنت مورد استفاده توسط PLC ها عبارتند از Ethernet TCP/IP، Modbus TCP/IP و Profinet که برای اتصال به شبکه و اینترنت استفاده می­‌شود.

انواع PLC ها

PLC ها براساس پارامترهای مختلفی طبقه­‌بندی می­‌شوند. در تصویر زیر انواع این تجهیزات را مشاهده می­‌کنید. مهم‌­ترین نوع طبقه­ بندی PLC ها براساس نوع راه‌­اندازی سخت­‌افزار آن‌­ها است که معماری آن­‌ها را تعیین می‌­کند.

PLC فشرده

این نوع PLC معمولاً “I/O ثابت” نامیده می‌­شود. “I/O ثابت” در واقع مخفف “Input/Output” ثابت است. در این نوع از  PLC ها بخش ورودی/خروجی در میکروکنترلر ادغام شده است. این بدان معنی است که هر نوع خروجی یا ورودی ثابت است و توسط سازنده تعیین می­‌گردد. علاوه بر این، تعداد ورودی‌­ها و خروجی­‌ها ممکن است در این نوع PLC افزایش نیابد.

PLC ماژولار

این نوع PLC، امکان گسترش چندین سیستم PLC را از طریق استفاده از ماژول­‌ها فراهم می­‌کند، از این رو اصطلاحاً “ماژولار” نامیده می‌­شود. ماژول‌ها به PLC ویژگی‌های اضافی نظیر افزایش تعداد واحدهای ورودی/خروجی می‌دهند و معمولاً استفاده از آن‌­ها آسان‌تر است؛ زیرا هر جزء مستقل از یکدیگر است.

منبع تغذیه، ماژول ارتباطات، ماژول ورودی/خروجی همگی جدا از میکروکنترلر اصلی هستند، بنابراین باید آن­‌ها را به صورت دستی به یکدیگر متصل کرد تا سیستم کنترل PLC ایجاد شود.

یک نوع PLC ماژولار، PLC رک مانت است. در PLC rack mount، ماژول ارتباطی PLC در خود رک قرار دارد، بنابراین تمام اتصالات متمرکز هستند.

PLC با SMPS و بدون SMPS

برخی از PLC ها را می‌­توان مستقیماً به منبع تغذیه 230 VAC متصل کرد. این بدان معنی است که این نوع دارای SMPS داخلی هستند که 230 VAC دریافتی را به 24 VDC استاندارد تبدیل می­‌کنند.

از سوی دیگر، برخی از PLC ها به یک DC، 24 ولتی نیاز دارند که SMPS داخلی ندارد. در این مورد، برای تبدیل 230 VAC به 24 VDC به یک منبع تغذیه با حالت سوئیچ خارجی (SMPS) نیاز است.

تعمیر و نگهداری PLC ها

خرابی‌ها و اصول عیب ­یابی PLC ها

PLC ها فارغ از نوع آن­‌ها معمولاً به دلیل موارد مورد اشاره زیر با خرابی مواجه می­‌شوند.

• خرابی منبع تغذیه: یکی از شایع‌­ترین علل خرابی PLC ها بروز مشکل در منبع تغذیه آن‌­ها است. این خرابی می­‌تواند ناشی از قطع برق، افزایش برق یا وجود مشکل در اجزای منبع تغذیه PLC باشد.
• خرابی ورودی/خروجی: معمولاً به دلیل مشکل در کارت‌­های ورودی یا خروجی PLC و مشکل در سیم‌­کشی بین PLC و تجهیزاتی که آن­‌ها را کنترل می‌­کند، رخ می‌­دهد.
• خطای برنامه: این خرابی می‌­تواند ناشی از اشتباه در برنامه PLC یا مشکل در حافظه PLC باشد.
• خرابی سخت افزار: اغلب ناشی از وجود مشکل در پردازنده، حافظه یا سایر قطعات سخت افزاری PLC می‌­باشد.
• عوامل محیطی: PLC ها می‌­توانند توسط دماهای شدید، رطوبت، گرد و غبار و سایر عوامل محیطی آسیب ببینند.

عیب یابی PLC ها می‌­تواند یک کار چالش برانگیز باشد، اما مهم است که بتوان این کار را به درستی انجام داد. برای انجام صحیح عملیات عیب ­یابی لازم است گام‌­های زیر برداشته شود:

• مسیر عیب ­یابی PLC با بررسی منبع تغذیه شروع می­‌شود. لازم است اطمینان حاصل گردد که PLC ولتاژ و جریان صحیح را دریافت می‌­نماید.
• در گام بعدی باید اتصالات ورودی و خروجی را بررسی کرد. در این بخش باید اتصالات ورودی/خروجی و سیم­‌کشی را بررسی نمود.
• پس از موارد بالا باید برنامه PLC را بررسی کرد. کنترل شود که برنامه هیچگونه خطایی نداشته باشد.
• در آخرین گام باید به سراغ بخش­‌های سخت ­افزاری PLC رفت و تمامی اجزا را از منظر وجود آسیب بررسی نمود.

در تمامی عملیات عیب‌­ یابی PLC ها لازم است گام‌­های بالا مورد توجه قرار گیرد.