در این مقاله قصد داریم برنامه نویسی PLC را معرفی کنیم و توضیحاتی درخصوص زبان نردبانی ارائه دهیم.در قسمت اول از این مجموعه, به معرفی مقدماتی از PLC و تاریخچه آن پرداختیم .
بخش های مختلف آن را نام بردیم. همچنین مثالی از چگونگی عملکرد سیستم کنترل آن ارائه کردیم. در قسمت دوم , ماژول های PLC را به زبان ساده تشریح کردیم . در آن مقاله چگونگی عملکرد ماژول های CPU و ورودی و خروجی ها بیان شد. در انتهای آموزش ماژول های PLC نیز, توضیحاتی در مورد پروتکل های ارتباطی PLC ارائه کردیم.پیشنهاد می شود قبل از شروع مطلب پیش رو آموزش پیشین را مطالعه کنید. در این آموزش قصد داریم نگاهی جدی تر به PLC بیاندازیم و مقدمات برنامه نویسی این کنترلگرهای منطقی را با کمک زبان نردبانی (Ladder) شروع کنیم. در انتهای مطلب نیز دو مثال کاربردی از برنامه نویسی plc ارائه خواهد شد.
المان های اصلی در برنامه نویسی PLC
زبان نردبانی یکی از زبان های محبوب در برنامه نویسی PLC محسوب می شود. همان طور که در آموزش PLC به زبان ساده گقتیم . این زبان شباهت زیادی به مدارهای رله ای دارد. در نتیجه یادگیری آن برای کسانی که با مدارهای رله ای سر و کار داشته اند. بسیار ساده است. به همین دلیل زبان نردبانی به عنوان اولین زبان در یادگیری PLC به علاقمندان توصیه می شود. پس از آن می توان به سراغ زبان های دیگر مانند STL و FBD رفت. از طرف دیگر, عیب یابی برنامه نوشته شده هم با این زبان آسان تر است. زیرا در این زبان همه المان ها به صورت گرافیکی و دیداری به کار رفته اند . تمام نمادها, مشابه نماد الکتریکی متناظرشان مورد استفاده قرار می گیرند. در نتیجه می توان تمام فرآیند را به راحتی در آن دنبال کرد.
در شکل زیر نمونه ای از نمادهای به کار رفته در این زبان مشاهده می شود.شاید اولین چیزی که با دیدن این تصویر جلب توجه میکند خطوط عمودی در سمت چپ و راست نمودار می باشند . در واقع این دو خط, خطوط برق دار هستند . تمام منطق برنامه بین این دو خط و روی خطوط افقی نوشته می شود. در ادامه ساده ترین نوع ورودی و خروجی را معرفی می کنیم که به عنوان الفبای این زبان به حساب می آیند سپس عملکرد منطقی را مرور خواهیم کرد.
المان های رله ای
المان های رله ای شامل رله ورودی باز, رله ورودی بسته و رله خروجی می شود. این المان ها به تربیت با کنتاکت باز, کنتاکت بسته و بوبین کنتاکتور متناظر هستند. بوبین کنتاکتور , تجهیزی الکترومغناطیسی است که می تواند با ورود جریان برق به داخل سیم پیچ هایش, وضعیت کنتاکت های متناظرش را تغییر دهد. این المان ها با نمادهای به کار رفته در شکل زیر نشان داده شده اند. نماد کنتاکت های متناظر بوبین مشابه کنتاکت های باز و بسته است. ورودی ها را می توان به عنوان کلید شستی یا کلید فرض کرد.در برنامه نویسی plc باید به تفاوت این دو نوع ورودی دقت کنید. کلید شستی با فشردن وصل و با رها کردن قطع می شود. اما کلید با فشردن وصل شده و پس از رها شدن باز هم وصل می ماند.به عنوان مثالی از خروجی ها هم می توانید یک چراغ یا موتور الکتریکی را در نظر بگیرید.
مروری بر عملگرهای منطقی
پیش از اینکه به چگونگی ارتباط بین این نمادها بپردازیم , نیاز داریم روابط منطقی و مقادیر بولین(Boolean) را مرور کنیم. دو عملگر منطقی که در برنامه نویسی plc بیشتر با آن ها سر و کار خواهیم داشت. عملگر های AND,OR هستند.
دو کنتاکت باز A, B را در نظر بگیرید که مطابق شکل زیر به صورت سری در کنار هم قرار گرفته اند در این حالت عملگرد بین آن ها AND خواهد بود. همان طور که می بینید نوع ترسیم این عملگر شباهت زیادی به مدار الکتریکی دارد. در مدار الکتریکی A,B می توانند نمایش دهنده دو کلید باز باشند. در این حالت لامپ Y که به عنوان خروجی در نظر گرفته شده است, وضیعتی مطابق شکل زیر خواهد شد.در این جا تنها با بسته شدن همزمان دو کلید لامپ Y روشن می شود.
به عبارت دیگر, مقدار هر یک از رله های A,B باید یک (True) باشد تا مقدار خروجی هم یک شود.
در هیچ یک از حالت های دیگر خروجی برق دار نخواهد شد. در این حالت ها خروجی مقدار صفر (False) خواهد شد .
در تصویر زیر, شماتیک کامل هر چهار حالت نشان داده شده است.
رنگ سبز نشانه برق دار بودن پایه هاست.
حال به سراغ عملگر OR می رویم. نمودار شکل زیر همانند مدار در حالت OR رسم شده است. A و B مانند دو کلید باز هستند که به صورت موازی با هم بسته شده اند.
در این حالت نیز مقادیر خروجی به صورت جدول زیر خواهد بود.
در این جا کافیست تا حداقل یکی از کلیدها بسته شود. در این حالت لامپ Y روشن می شود. فقط در حالتی که هر دو کلید باز باشند.
خروجی برق دار نخواهد شد.تصویر زیر شماتیک کامل هر چهار حالت ممکن را برای عملگر OR نشان می دهد.
پایه های برق دار با رنگ سبز نشان داده شده اند.
در ادامه با ارائه دو مثال ساده سعی خواهیم کرد با چگونگی استفاده از این المان ها در برنامه نویسی PLC آشنا شویم.
مثال 1
سوال: مداری طراحی کنید که با فشردن کلید شستی I1 خروجی Q1 روشن بماند. همچنین با زدن کلید شستی I2 خروجی غیر فعال شود.
پاسخ: این مدار در شکل زیر رسم شده است. کلید شستی (با توجه به ماهیتش) یک لحظه فشرده و سپس رها می شود.
در مرحله اول با زدن کلید شستی I1 (کلید راه اندازی) جریان در مسیر شماره 1 برقرار می شود. به محض اینکه خروجی Q1 برق دار شود, تیغه نگهدارنده q1 تغییر وضعیت می دهد. در نتیجه این تیغه بسته می شود و بسته می ماند . در این حالت برق از مسیر 2 جریان پیدا می کند و برقرار می ماند .
حال کلید I1 رها شده و مسیر 1 قطع می شود. ولی به دلیل وصل بودن مسیر 2, خروجی همچنان فعال می ماند.
برای غیر فعال شدن خروجی , کلید شستی I2 را در جایی قرار داده ایم که برق در کل مسیر (قسمت مشترک مسیرهای 1 و2) قطع شود. با فشردن کلید شستی I2 دیگر جریان برق به خروجی Q1 نمی رسد و خروجی غیر فعال می شود. در نتیجه , تیغه های متناظر آن تغییر وضعیت می دهند. در این حالت تیغه q1 که قبلا بسته بود باز می شود. حال کلید شستی I2 را رها می کنیم. در این وضعیت , هر دو مسیر 1 و 2 باز است.
در نتیجه خروجی Q1 غیر فعال باقی می ماند.
مثال 2
سوال: مداری طراحی کنید که با زدن کلید شستی I1, خروجی روشن شود و با زدن دوباره کلید شستی I1 خروجی غیر فعال شود.
پاسخ: در این مثال, برای هر دو عمل راه اندازی و توقف , فقط از یک شستی استفاده شده است.
نمونه ای از این مدار برای باز و بسته کردن در اتوبوس های شهری استفاده می شود.
این مدار را در شکل زیر مشاهده می کنید.احتمالا اولین سوالی که با دیدن این مدار به ذهنتان می رسد , تعداد زیاد خروجی هاست. در حالی که در صورت سوال فقط یک خروجی ذکر شده است. در اینجا , از خروجی های Q1و Q2 و به عنوان خروجی کمکی استفاده کرده و خروجی اصلی را با Q3 نشان داده ایم. در برنامه نویسی PLC به وفور با چنین مواردی مواجه خواهیم شد.
اکنون به ادامه حل مثال بر می گردیم. با زدن کلید شستی I1 برق در مسیر 1 جریان پیدا می کند. با برق دار شدن خروجی کمکی Q1, تیغه های متناظر آن تغییر وضعیت می دهند. یعنی تیغه های باز q1 بسته و تیغه های بسته q1 باز می شوند. در نتیجه مسیر 5 برق دار و خروجی Q3 که خروجی اصلی است فعال می شود. در مجموع و پیش از رها کردن کلید شستی , مسیر های 1,2,5,6 بسته و مسیرهای 3,4 باز هستند. حال با رها کردن کلید شستی, تمام مسیرهای 1تا 4 قطع می شوند. به دلیل نرسیدن برق به خروجی کمکی Q1 تیغه های متناظر آن هم تغییر وضعیت می دهند تا مسیر شماره 5 هم قطع شود. در این وضعیت , فقط مسیر شماره 6 بسته است و خروجی Q3 فعال باقی می ماند. شکل زیر وضعیت مدار را بعد از یک بار فشردن و سپس رها کردن کلید شستی نشان می دهد.
اکنون برای بار دوم و به منظور توقف(یا بسته شدن در اتوبوس) کلید شستی را فشار می دهیم . این بار برق از مسیر شماره 3 عبور میکند و به خروجی کمکی Q2 می رسد. با برق دار شدن Q2, تیغه های متناظر آن تغییر وضعیت می دهند . در نتیجه تیغه بسته q2 باز شده و مسیر شماره 6 را باز می کند. با قطع جریان برق در مسیر شماره 6, برق به خروجی Q3 نمی رسد. بنابراین , تیغه های متناظر با این خروجی تغییر وضعیت می دهند. با دقت در مدار می بینید که پس از رها کردن کلید شستی, تیغه های باز و بسته به شکل تصویر اول در می آیند و خروجی اصلی , غیر فعال باقی می ماند.
خروجی مجازی در PLC
در حل مثال 2 از خروجی های کمکی 1 و2 کمک گرفتیم. در برنامه نویسی PLC به این خروجی ها , خروجی مجازی (Flag) گفته می شود و آن ها را با M نمایش می دهند. در واقع خروجی های مجازی, رله های فرضی هستند که به هیچ خروجی واقعی متصل نیستند ولی بوبین و کنتاکت دارند. تعداد مجاز استفاده از این خروجی ها , در هر نوع PLC متفاوت است و به کارخانه سازنده و ورژن آن بستگی دارد.
