در این قسمت از مجموعه مقالات آموزشی ، قصد داریم تا ورودی و خروجی ماژول CPU و PLC را توضیح دهیم. از آنجا که مفاهیم و اصول کار این ماژول ها در این مقاله مورد بحث قرار خواهد گرفت ، ما در حال حاضر ماژول قدرت را نادیده می گیریم.

همچنین نمونه های واقعی مراحل اتصال بین ورودی ، پردازنده و خروجی را بررسی کنید. در این مقاله ، ماژول PLC را از نزدیک بررسی خواهیم کرد. ابتدا ماژول CPU را معرفی می کنیم. در زیر ماژول های ورودی و خروجی را توضیح خواهیم داد. لطفا توجه داشته باشید که در ادبیات اتوماسیون صنعتی فعلی ، اصطلاحات “پردازنده” ، “کنترل کننده” و “CPU” اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند و معنی آنها یکسان است.

پردازنده ماژول PLC

تقریباً همه ماژول های PLC (به جز منبع تغذیه) را می توان به یکی از پردازنده ها ، ورودی ها و خروجی ها تقسیم کرد. ما همچنین توضیح دادیم که این سه قسمت چگونه با هم کار می کنند. در این بخش ، ما روی CPU تمرکز خواهیم کرد. CPU بخشی از PLC است و برای ذخیره حافظه و منطق برنامه استفاده می شود. شکل زیر دو نمونه متداول زیمنس را در صنعت نشان می دهد.

plc
مقایسه CPU با مغز انسان

ماژول CPU هسته اصلی سیستم PLC نامیده می شود. اگرچه از نظر پیچیدگی هیچ سیستمی نمی تواند به مغز انسان برسد ، اما CPU را می توان از جهاتی با مغز انسان مقایسه کرد. در این بخش ، ما قصد داریم برای درک بهتر عملکرد پردازنده از مغز انسان استفاده کنیم. منطق ، حافظه و ارتباط PLC همه در داخل پردازنده ذخیره می شوند. مغز انسان نیز همین کار را انجام می دهد. تصمیم منطقی بگیرید. این مکانی است که حافظه در آن ذخیره می شود ؛ سرانجام ، می تواند با سایر اعضای بدن و سایر انسانها ارتباط برقرار کند.

منطق

اولین قدم برای دستیابی به اتوماسیون روی ماشین های مورد استفاده در کارخانه نوشتن یک برنامه است. این برنامه در داخل CPU ذخیره می شود. ما منطق برنامه نوشته شده برای ماشین ظرفشویی را مرور کردیم. پردازنده حالت های مختلف ورودی را دریافت می کند. با توجه به منطق پیاده سازی شده در برنامه ، عملیات لازم را انجام دهید. در آخر ، خروجی های مختلف را فعال یا غیرفعال می کند. منطق برنامه ای که در PLC نوشته شده به همان روش کار می کند. یک بار دیگر ، بیایید PLC را با مغز مقایسه کنیم. مغز سیگنال های ورودی را از طریق پنج حس دریافت می کند. براساس برنامه های ذخیره شده خود تصمیم بگیرید. سپس او کارهایی مانند راه رفتن ، لذت بردن و صحبت کردن را انجام می دهد.

حافظه

حافظه CPU معمولاً در داخل CPU قرار دارد و محلی برای ذخیره موقت یا دائمی داده ها و برنامه ها است. رفتار حافظه مانند حافظه کامپیوتر (RAM یا ROM) است و می توان داده ها را روی آن نوشت و یا از روی آن خواند. نقش حافظه را در انسان در نظر بگیرید. مغز به طور موقت یا دائمی اطلاعات را ذخیره می کند. به این ترتیب افراد می توانند از طریق حافظه کارهایی مانند دوچرخه سواری را انجام دهند.

تعداد اتصالات

هر پردازنده PLC یک بستر ارتباطی خاص را فراهم می کند. ارتباطاتی که توسط پردازنده PLC انجام می شود معمولاً شامل یک یا چند مورد زیر است:

از طریق درگاه سریال یا US در ماژول CPU به کامپیوتر برنامه نویسی وصل شوید
با ماژول های ورودی و خروجی (ورودی / خروجی) از طریق یک رابط تعریف شده ارتباط برقرار کنید
از طریق اترنت یا انواع دیگر شبکه ها با سایر PLC ها و تجهیزات اتوماسیون صنعتی ارتباط برقرار کنید

این سه مورد را می توان با عملکرد مغز انسان نیز توضیح داد. اولین مورد مانند ارتباط بین مغز و تجربه ثبت شده در حافظه یا مشابه رابطه یادگیری بین دانش آموز و معلم او است. مورد دوم را می توان به عنوان ارتباطی بین مغز و اندام هایی مانند چشم ، دست و پا در نظر گرفت. یک نمونه از موارد اخیر رابطه بین چند نفر است (مانند صحبت کردن).

اجازه دهید مراحل مختلف عملکرد مغز انسان را از طریق سه مرحله زیر نشان دهیم:

مغز از طریق چشم (ورودی) متوجه می شود که جعبه ای روی زمین افتاده است.
سپس ، مغز یک سری تصمیمات منطقی را بررسی می کند تا بفهمد چرا جعبه از زمین خارج می شود. به همین دلیل ، آن به ذخیره سازی سوابق اشاره دارد.
سرانجام ، مغز به بازوها و پاها دستور می دهد جعبه را بردارند.

مغز انسان از پیچیدگی ، عملکرد و قابلیت انعطاف پذیری بیشتری نسبت به PLC برخوردار است. اما هنوز می توانید شباهت های زیادی بین این دو سیستم کنترل پیدا کنید. PLC برای استفاده با تجهیزات مکانیکی برنامه ریزی شده است. در نتیجه ، آنها کارهایی را انجام می دهند که قبلاً باید توسط انسان انجام می شد. البته هرچه اطلاعات بیشتری در مورد PLC داشته باشید ، اطلاعات بیشتری نیز به دست خواهید آورد. تاکنون با عملکرد پردازنده به عنوان یکی از ماژول های PLC آشنا شده اید. همچنین ، همیشه نقش مغز انسان را در درک بهتر ماهیت و منطق پردازنده به خاطر بسپارید.

PLC ماژول ورودی و خروجی

در بخش قبلی ، پردازنده به عنوان یکی از ماژول های PLC معرفی شد. در این بخش ما به ماژول های ورودی و خروجی می پردازیم. در واقع ، ما می خواهیم روش کنترل PLC را درک کنیم. در مرحله بعدی ، ما کمیته دیجیتال و آنالوگ را مطالعه خواهیم کرد و در نهایت خلاصه ای از پروتکل های ارتباطات صنعتی را معرفی خواهیم کرد. شکل زیر نمونه ای از این ماژول را نشان می دهد که محصولی از آلن بردلی است.

plc

مروری بر ماژول های ورودی و خروجی

یکی دیگر از واحدهای مهم PLC ماژول ورودی و خروجی است. این ماژول به اختصار I / O است. این ماژول ها مسئول اتصال پردازنده به محیط خارجی و ماشین هستند. در هر سیستم PLC ، چندین ماژول همیشه به ورودی و چندین ماژول به خروجی اختصاص می یابد. ماژول ورودی وضعیت سیگنال ورودی را تشخیص می دهد. کلیدهای شست ، سوئیچ ها و سنسورهای دما نمونه هایی از سیگنال های ورودی هستند. از طرف دیگر وظیفه ماژول خروجی تغییر حالت خروجی سیستم است. رله ، استارت موتور و چراغ نمونه هایی از خروجی سیستم PLC هستند.

کمیته دیجیتال

متداول ترین مقادیری که به عنوان ماژول PLC در ورودی و خروجی استفاده می شود ، دیجیتال یا گسسته است. مفهوم این کمیته ها بسیار ساده است. گسسته سیگنالی است که فقط دو مقدار روشن یا خاموش دارد ، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. نمونه هایی از ورودی های گسسته که به طور گسترده در PLC استفاده می شوند شامل دستگیره ها ، سنسورهای مجاورت ، چراغ ها ، رله ها و استارت های موتور هستند. در مثال ماشین ظرفشویی ، دکمه شروع ، کلید ماشین ظرفشویی و کلید سطح آب به عنوان ورودی دیجیتال در نظر گرفته می شوند. علاوه بر این ، شیر پرکننده و شیر تخلیه و عنصر گرمایشی ذکر شده در این مثال همه خروجی های دیجیتال هستند. کمیته دیجیتال فقط دو مقدار صفر و یک را می پذیرد. به عبارت دیگر ، آنها یا وجود دارند یا اصلاً وجود ندارند. چه باز و چه بسته ، و هیچ میانه ای بین این دو وجود ندارد.

plc
کمیت‌های آنالوگ

نوع دیگری از کمیته ها که به عنوان ماژول PLC در ورودی و خروجی استفاده می شود کمیته آنالوگ یا مداوم است. همانطور که در زیر نشان داده شده است ، سیگنال سیگنال آنالوگ می تواند هر مقداری را در یک محدوده مشخص دریافت کند. به عنوان مثال ، سیگنال آنالوگ می تواند ولتاژ مورد نیاز را در محدوده 0 تا 10 ولت بپذیرد. مقدار این سیگنال می تواند 2 ، 3 یا حتی 8.5 ولت باشد. دمای هوا ، فشار روغن و شدت نور نمونه هایی از مقادیر آنالوگ هستند.

plc

در دنیای PLC ، ورودی آنالوگ معمولاً به عنوان یکی از موارد زیر اندازه گیری می شود:

۱۰- تا ۱۰+ ولت جریان مستقیم
صفر تا ۱۰+ ولت جریان مستقیم
۱+ تا ۵+ ولت جریان مستقیم
صفر تا ۱ میلی‌آمپر
صفر تا ۲۰ میلی‌آمپر
۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر

در واقع ، ماژول ورودی آنالوگ ولتاژ یا جریان را از دستگاه ورودی دریافت می کند. به طور مشابه ، ماژول خروجی آنالوگ با یکی از روش های مشابه توضیح داده شده ، خروجی تولید می کند. ورودی آنالوگ را می توان کمی افزایش یا کاهش داد. برعکس ، PLC می تواند میزان تولید را مقدار کمی افزایش یا کاهش دهد.

نمونه هایی از ورودی ها در محیط های صنعتی واقعی شامل سنسورهای دما (مانند سنسورهای RTD و ترموکوپل) و سنسورهای فشار روغن هستند. یک سنسور دما را با دامنه دمای 50- تا 50+ درجه سانتیگراد در نظر بگیرید. سنسور دما را با هر سرعت در این محدوده اندازه گیری می کند و آن را به جریان 4 تا 20 میلی آمپر تبدیل می کند. از خروجی آنالوگ می توان برای کنترل توان خروجی ژنراتور و باز شدن شیر کنترل نیز استفاده کرد. برای تنظیم خروجی ژنراتور در محدوده صفر تا 2000 کیلووات ، می توان از خروجی آنالوگ DC صفر تا 10 ولت استفاده کرد.

پروتکل ارتباطات صنعتی

در این بخش ، نحوه ارسال داده به کنترل کننده و سایر دستگاه ها را توضیح دادیم. برای این منظور ، یک سری پروتکل های ارتباطی صنعتی تعریف شده است. عنوان بسیار گسترده و توضیحات بسیار دقیق است. در اینجا ، ما فقط به طور خلاصه این توافق نامه ها را معرفی خواهیم کرد.

انواع مختلفی از پروتکل های ارتباطی صنعتی وجود دارد. این شامل:

پروتکل Modbus
پروتکل PROFINET
پروتکل PROFIBUS
پروتکل DNP
پروتکل BACnet
پروتکل ControlNet
پروتکل EtherNet/IP

مهمترین تفاوت بین انواع پروتکل ، نوع ارسال و دریافت داده ، مدت زمان و سرعت انتقال داده و حداکثر تعداد دستگاههایی است که شبکه می تواند پشتیبانی کند. توجه داشته باشید که می توان از چندین پروتکل به طور همزمان برای پیکربندی سیستم استفاده کرد. در عین حال ، Modbus یکی از قدیمی ترین و محبوب ترین پروتکل ها است. به دلیل سادگی ، پروتکل Modbus هنوز هم به طور گسترده در بسیاری از دستگاه ها و PLC استفاده می شود. این همچنین بهترین انتخاب برای شروع یادگیری این موضوع است. پروتکل Modbus یک پروتکل ارتباط سریال از نوع “master / slave” است. به عبارت دیگر ، یکی از فرماندهان و سایر تجهیزات فرمانده است. در Modbus ، بسته به توابع تعریف شده در دستگاه فرمان ، فرمانده می تواند داده ها را از آنها بخواند یا داده های جدیدی در آنها بنویسد. طبق این توافق نامه ، PLC می تواند به عنوان فرمانده تجهیزات متصل به آن عمل کند. شکل زیر از پروتکل Modbus برای برقراری ارتباط بین چندین PLC تولیدکننده های مختلف استفاده می کند. PLC از طریق ماژول های ورودی دیجیتال و آنالوگ و دستورات Modbus (یا هر پروتکل ارتباطی دیگر) به داده ها دسترسی پیدا می کند. سپس ، CPU عملیات منطقی را روی این ورودی ها انجام می دهد. در آخر ، برای فعال یا غیرفعال کردن دستورات Modbus ، از ماژول های خروجی دیجیتال و آنالوگ استفاده کنید.

پروتکل Modbas

اگرچه نام پروتکل های ارتباطی متنوع است ، اما اساس عملکرد آنها یکسان است. تمام این پروتکل ها بین سخت افزارهای مختلف در سیستم PLC ارتباط برقرار می کنند و هدف آنها مبادله داده های دیجیتال و آنالوگ بین PLC و دستگاه های مربوط به آن بدون نیاز به سیم ورودی و خروجی جداگانه است.

در این مقاله ، ماژول های CPU و ماژول های ورودی و خروجی برای مقادیر دیجیتال و آنالوگ را توصیف می کنیم. در حال حاضر ، شما باید با نحوه جریان داده ها و انتقال اطلاعات بین ماژول های PLC و نحوه ارسال داده ها به دنیای خارج آشنا باشید.

منبع: فرادرس

دیدگاه بگذارید