پایان نامه بررسی کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر در 230 صفحه ورد قابل ویرایش
عنوان صفحه
فصل اول مقدمه‌ای بر علم کنترل و مفاهیم منطقی
1-1- خود کارسازی (اتوماسیون)............................................................................ 2
کنترل اتوماتیک........................................................................................................... 3
ورودی ها ................................................................................................................. 4
خروجی‌ها .................................................................................................................. 5
بخش پردازشگر یا بلوک کنترل ................................................................................ 5
1-2- سیستم‌های دیجیتال و آنالوگ......................................................................... 7
کنترل آنالوگ.............................................................................................................. 8
کنترل دیجیتال ........................................................................................................... 9
1-3- انواع فرآیندهای صنعتی.................................................................................. 10
فرآیندهای پیوسته ..................................................................................................... 10
فرآیندهای مرحله‌ای .................................................................................................. 11
تولید گام به گام......................................................................................................... 11
1-4- استراتژی کنترل ............................................................................................. 12
کنترل حلقه باز........................................................................................................... 12
کنترل پیش خور......................................................................................................... 13
کنترل حلقه بسته........................................................................................................ 14
1-5- کنترل کننده‌های پیوسته.................................................................................. 15
1-6- سیستم‌های کنترل متداول................................................................................ 16
سیستم‌های رله‌ای...................................................................................................... 16
سیستم‌های الکترونیکی............................................................................................... 18
حافظه ........................................................................................................................ 21
ریزپردازنده .............................................................................................................. 24
1-7- کامپیوتر در کنترل .......................................................................................... 25
فصل 2 کنترل کننده‌های قابل برنامه‌ریزی (PLC)
2-1- مقدمه............................................................................................................... 27
2-2- نگاهی گذرا بر تاریخچه PLC.......................................................................... 28
2-3- مقایسه PLC با سایر سیستم‌های کنترلی........................................................ 31
2-4- سخت افزار PLC............................................................................................. 33
واحد پردازش مرکزی (CPU).................................................................................... 34
حافظه ........................................................................................................................ 35
حجم حافظه................................................................................................................ 38
واحدهای ورودی و خروجی .................................................................................... 39
واحدهای برنامه‌ریزی................................................................................................ 43
2-5- انواع سیستم‌های PLC..................................................................................... 44
PLC های کوچک........................................................................................................ 45
PLC های متوسط ..................................................................................................... 46
PLC های بزرگ......................................................................................................... 47
فصل 3 مقدمه‌ای بر زبان برنامه‌نویسی S5
3-1- اشکال مختلف نمایش برنامه............................................................................ 52
روش نمایش نردبانی ................................................................................................ 52
روش نمایش فلوچارتی ............................................................................................. 53
روش نمایش عبارتی ................................................................................................. 54
3-2- سیکل زمانی اجرای برنامه.............................................................................. 57
3-3- برنامه‌نویسی سازمان یافته............................................................................. 58
بلوک‌های برنامه (PB) ............................................................................................... 59
بلوک‌های ترتیبی (SB)................................................................................................ 59
بلوک‌های تابع ساز (FB) ........................................................................................... 60
بلوک‌های اطلاعاتی (DB)............................................................................................ 61
بلوک‌های سازماندهی (OB)....................................................................................... 61
3-4- عملوند های مورد استفاده در زبان S5 .......................................................... 62
3-5- دستور العمل‌های زبان S5 ............................................................................. 62
دستور العمل‌های اصلی ............................................................................................ 62
دستور العمل‌های تکمیلی............................................................................................ 63
دستور العمل‌های سیستم........................................................................................... 63
3-6- خواندن صفر................................................................................................... 63
3-7- کنتاکت در حالت عادی باز ............................................................................. 64
3-8- کنتاکت در حالت عادی بسته........................................................................... 64
3-9- کاربرد پرانتز ها در برنامه نویسی به روش STL ......................................... 66
3-10- فلگ یا پرچم.................................................................................................. 68
3-11- بیت RLO....................................................................................................... 70
3-12- ست وری ست در فلگ‌ها و خروجی‌ها......................................................... 70
3-13- دستور NOP 0 ............................................................................................. 73
3-14- کانکتور.......................................................................................................... 76
3-15- برنامه‌نویسی یک تشخیص دهندة لبه پالس................................................... 77
3-16- دستور پرش غیر شرطی............................................................................... 79
3-17- دستور پرش شرطی...................................................................................... 79
3-18- دستورهای بارگذاری و انتقال ..................................................................... 80
دستور L ................................................................................................................... 81
دستور T ................................................................................................................... 82
3-19- موارد استفادة آکومولاتور............................................................................ 83
دستور جمع دو عدد................................................................................................... 83
دستور تفریق.............................................................................................................. 84
3-20- مقایسه کننده‌ها.............................................................................................. 84
3-21- شمارنده‌ها..................................................................................................... 88
3-22- تایمرها.......................................................................................................... 92
تایمر پله‌ای (SP)......................................................................................................... 96
تایمر پله‌ای گسترده (SE)........................................................................................... 97
تایمر با تأخیر روشن (SD) ....................................................................................... 98
تایمر با تأخیر خاموش (SF)....................................................................................... 99
تایمر با تأخیر ماندگاری (SS)................................................................................ 100
دستورهای اعلام پایان برنامه .............................................................................. 101
فصل 4 روش برنامه نویسی
4-1- روش برنامه‌نویسی..................................................................................... 105
4-2- بلوک‌های اطلاعاتی (DB) ........................................................................... 112
4-3- بلوک‌های تابع ساز (FB)............................................................................. 119
4-4- دستورات تکمیلی ........................................................................................ 125
دستور AW........................................................................................................... 125
دستور OW .......................................................................................................... 126 دستور XOW 127
دستور CFW......................................................................................................... 127
دستور CSW......................................................................................................... 128
دستور SLW.......................................................................................................... 128
دستور SRW......................................................................................................... 129
دستور I................................................................................................................. 129
دستور D .............................................................................................................. 130
دستور ADD......................................................................................................... 130
دستور JZ.............................................................................................................. 131
دستور JN ............................................................................................................ 132
دستور JP.............................................................................................................. 132
دستور JM............................................................................................................. 132
فصل پنجم شیوه‌های کنترل فرآیند
5-1- کنترل فرآیند............................................................................................... 136
برنامه‌های ترکیبی ................................................................................................ 136
برنامه‌های ترتیبی ................................................................................................. 136
5-2- دستور DO................................................................................................. 144
5-3- ارسال پیام‌های خطا بر روی صفحه نمایش ............................................. 145
5-4- ساختار برنامه‌های ترتیبی ......................................................................... 148
فصل ششم قابلیت های پیشرفته کنترل کننده‌های قابل برنامه‌ریزی
6-1- ماژول های ورودی/خروجی دیجیتال......................................................... 170
6-2- ماژول‌های وظایف ویژه ............................................................................ 170
محدودة وظایف ماژول‌ها...................................................................................... 171
6-3- واحدهای ورودی/خروجی آنالوگ.............................................................. 172
تبدیل آنالوگ به دیجیتال ....................................................................................... 172
ورودی‌های A/D................................................................................................... 173
برنامه‌ریزی ورودی های آنالوگ.......................................................................... 173
نقاط توقف............................................................................................................. 174
کاربردهای آنالوگ به دیجیتال ............................................................................. 175
6-4- ماژول‌های دیجیتالی به آنالوگ................................................................... 175
نحوه عمل ............................................................................................................. 176
کاربردها ............................................................................................................... 176
اطلاعات مربوط به نقایص و وضعیت آنالوگ....................................................... 177
6-5- ماژول‌های بهسازی سیگنال....................................................................... 177
6-6- توابع کنترل پیوسته..................................................................................... 178
ماژول‌های PID..................................................................................................... 179
برنامه‌ریزی ماژول‌های PID................................................................................. 180
ماژول‌های کنترل – PID کاربردها ....................................................................... 181
6-7- دیاگرام های گرافیکی و فرآیندنما............................................................... 181
تأثیر بر روند اجرای فرآیند................................................................................... 183
برنامه‌ریزی نمودارهای فرآیند نمای پروسة........................................................ 184
6-8- ورودی/خروجی راه در ارتباطات............................................................... 185
فصل هفتم ارتباطات PLC و خود کارسازی
7-1- ارتباطات PLCها ........................................................................................ 188
استفاده‌های معمول از پورت‌ها یا در گاه‌های ارتباطی PLC ................................ 188
ارتباطات سریال – RS232 و شاخه‌های مشتق شده از آن .................................. 189
الزامات ارتباطات استاندارد .................................................................................. 190
فواصل انتقال ........................................................................................................ 191
حلقه جریان 20MA ............................................................................................... 192
RS 422 – RS423 .................................................................................................. 193
7-2- کنترل جریان داده ...................................................................................... 193
پروتکل برای انتقال ............................................................................................... 194
7-3- داده‌های ارسال شده از طریق خطوط ارتباطی PLC.................................. 195
7-4- ارتباطات بین چند PLC .............................................................................. 196
7-5- شبکه‌های محلی ......................................................................................... 197
PLC ها و شبکه ها ............................................................................................... 198
7-6- کنترل توزیع شده ...................................................................................... 198
محدوده نیازها ...................................................................................................... 199
پیکر بندی های شبکه ها........................................................................................ 199
دسترسی و کنترل کانال ....................................................................................... 200
پروتکل ها ............................................................................................................. 200
7-7- استانداردهای شبکه – ISO،. IEEE، MAP................................................. 201
ISO – اتصال داخلی سیستم‌های باز .................................................................... 201
GMMAP نگاهی به مشخصات ............................................................................. 202
مقایسه با اینترنت................................................................................................... 203
اجرای استاندارد MAP.......................................................................................... 203
MAP در ارتباطات سطح کارخانه‌ای و سیستم های باز ...................................... 204
کارایی MAP ......................................................................................................... 204
شبکه‌های انحصاری PLC .................................................................................... 205
ماژول‌های واسطه شبکه ...................................................................................... 205
شبکه‌های محلی تطبیق پذیر................................................................................... 206
فصل هشتم کاربرد PLC
8-1- کاربرد PLC ها در رباتیک.......................................................................... 209
کاربرد PLC به عنوان یک کنترل کننده ربات........................................................ 209
کنترل توالی محدود............................................................................................... 210
انعطاف پذیری....................................................................................................... 210
کنترل‌های توالی و ترکیبی..................................................................................... 210
فصل نهم انتخاب، نصب و راه‌اندازی سیستم‌های PLC
9-1- روند طراحی برای سیستم‌های PLC ......................................................... 213
9-2- انتخاب یک کنترل کننده قابل برنامه‌ریزی .................................................. 213
الزامات ورودی/خروجی ...................................................................................... 214
حافظه و الزامات برنامه‌ریزی .............................................................................. 215
9-3- نصب........................................................................................................... 216
کنترل چیست؟
در زندگی روزمره، واژه کنترل بسیار بکار برده می‌شود و اصطلاحاتی نظیر کنترل رشد جمعیت، ترافیک و غیره در گفتگو‌های روزمره بسیار شنیده می‌شود. معمولاً کلمه کنترل وقتی به کار برده می‌شود که نوعی مهارکردن و تسلط بر یک پدیده مورد نظر باشد. علاقه انسان به تحت اختیار درآوردن و تسلط بر پدیده‌ها باعث پیدایش شاخه جدیدی از دانش‌ها به نام عمل کنترل گردیده است.
علم کنترل، علمی است که در مورد چگونگی تحت اختیار در آوردن و هدایت رفتار‌های پروسة ها (فرآیند یا پدیده‌ای که مایل به تحت اختیار در آوردن آن هستیم) صحبت می‌کند.
1-1- خودکارسازی (اتوماسیون)
یک سیستم کنترل که بدون دخالت عامل انسانی و خود به خود قادر به تنظیم خروجی باشد را سیستم کنترل خودکار یا اتوماتیک می‌گوییم. خط سیر و هدف همة صنایع به سمت افزایش تولید بیشتر می‌باشد و این خط سیر از میان خودکارسازی یا اتوماسیون فرآیند‌ها و ماشین آلات می گذرد. خودکارسازی ممکن است به دلیل افزایش کمیت محصول و یا بهبودی در کیفیت و دقت آن صورت بگیرد. اما به هر شکل، این روند همواره با جایگزینی برخی یا همة اعمال و ورودی‌های انسانی مورد نیاز جهت انجام و کنترل عملکرد‌های ویژه، همراه می‌باشد. بسیاری از کارخانه‌ها و کارگا‌ه‌ها به جای اینکه کارگران را عملاً و به طور فیزیکی با انجام وظایف درگیر کنند. از آنها جهت کنترل ماشین‌ها و تجهیزات استفاده می نمایند. این نوع از کنترل نیازمند کارگری است که نحوه عمل یک فرآیند بخصوص را می داند.
و نیز می داند که چه ورودی‌هایی نیاز است تا خروجی در سطح دلخواه باقی بماند.
اما به منظور تحقق خودکارسازی یک فرآیند، اپراتور‌ها و کارگران باید توسط شکلی از سیستم‌های خودکار جایگزین گردند. سیستم‌های خودکار قادرند فرآیند را بدون مداخله انسان یا با دخالت اندک کنترل کنند. این امر نیازمند سیستمی است که قادر باشد یک فرآیند را راه اندازی کرده و آن را متوقف کند.
کنترل اتوماتیک
هر سیستم کنترل را به سه بخش اصلی می توان تقسیم کرد: ورودی، بخش پردازشگر و خروجی.
وظیفه بلوک پردازشگر یا کنترل‌گر، تهیه خروجی به شکل و اندازه دلخواه از سیگنال‌های متفاوت ورودی می‌باشد.
روش‌های مختلفی برای اجرای توابع کنترلی جهت به دست آوردن خروجی‌های مشابه از ورودی های یکسان موجود می‌باشد که می توان از آن به عنوان بلوک کنترل استفاده کرد. همچنین در کنترل یک سیستم توسط یک اپراتور از نوع انسانی، اپراتور، هم‌ارز بلوک کنترل‌گر یا بخش پردازشگر است. زیرا این اپراتور است که می داند چه خروجی دلخواهی مورد نیاز است، بنابراین بطور بصری یا بوسیلة وسایل اندازه‌گیری در حال اندازه‌گیری و قرائت مداوم متغیر‌های مربوطه، یعنی ورودی‌ها می‌باشد و بسته به اطلاعات بدست آمده، عکس العمل لازمه را نشان خواهد داد و مقادیر پیش داده بلوک کنترل را تغییر خواهد داد تا خروجی دلخواه حاصل شود.
ورودی‌ها
سیگنال‌های ورودی معمولاً توسط مبدل‌های (Transducer) مختلفی که کیفیت‌های فیزیکی را به سیگنال‌های الکترونیکی تبدیل می‌کنند فراهم می‌شوند. این مبدل‌ها می‌توانند یک کلید فشاری ساده، ترموستات یا کشش سنج و غیره باشند همگی آنها اطلاعات مربوط به کمیت اندازه‌گیری شده را به بخش پردازشگر انتقال می دهند. بسته به نوع مبدل استفاده شده این اطلاعات می توانند به صورت دودویی (دیجیتال) یا پیوسته (آنالوگ) باشند که به عنوان کمیت ورودی ارائه می‌شوند.
خروجی‌ها
چنانچه قرار باشد که یک سیستم کنترل بر طریقة عملکرد یک فرآیند، دخالت و تسلط داشته باشد، بایستی قادر به تغییر عناصر کلیدی یا کمیت های مهم فرآیند باشد. این کار با استفاده از المان‌های خروجی از قبیل پمپ‌ها، موتور‌ها، پیستون‌ها، رله‌ها و غیره تحقق می پذیرد. این المان‌ها، سیگنال‌های سیستم کنترل را به دیگر کمیت‌های مورد نیاز، تبدیل می‌کنند. به عنوان مثال، یک موتور، سیگنال‌های الکتریکی اخذ شده از سیستم کنترل را به حرکت دورانی تبدیل می‌کند. به بیان دیگر المان‌های خروجی نیز به گونه‌ای، نوعی از مبدل‌ها می باشند. همانند مبدل‌های ورودی، المان‌های خروجی نیز می توانند واحدهای ساده دودویی و یا متغیر‌های پیوسته در حوزه تغییری بین حالت کاملاً خاموش تا کاملاً روشن (آنالوگ) باشند.
بخش پردازشگر یا بلوک کنترل
این بلوک مشابه با دانسته‌های اپراتور در مورد عملکرد سیستم است که به این دانسته‌ها، جهت تحت کنترل باقی‌ماندن یک فرآیند نیاز می‌باشد. اپراتور از این آگاهی و نیز مهارت خود استفاده می‌کند و با تلفیق کردن آن با اطلاعات بدست آمده از اندازه‌گیری ورودی، خروجی مطلوب را تولید می‌کند. در سیستم‌های کنترل اتوماتیک، طرح استفاده شده به عنوان بلوک کنترل این وظیفه را به عهده دارد و با توجه به اطلاعات اخذ شده از سیگنال ورودی، خروجی مطلوب را تهیه می‌کند. این طرح کنترلی به دو روش متفاوت قابل اجرا است: با استفاده از سیستم‌های کنترل غیر قابل تغییر توسط اپراتور و نیز با استفاده از کنترل کننده‌های قابل برنامه‌ریزی. در سیستم‌های غیر قابل تغییر توسط اپراتور وقتی که سیستم کنترل ساخته شد و عناصر آن به یکدیگر مرتبط شدند، دارای توابع و برنامة ثابتی خواهند شد که دیگر به وسیلة اپراتور امکان تغییر در آن وجود ندارد. اما در یک سیستم قابل برنامه‌ریزی، توابع و وظایف کنترلی، برنامه‌ریزی شده و در یک واحد حافظه ذخیره می‌شوند و اگر ضرورتی پیش آمد، می‌توانند بوسیلة برنامه‌ریزی مجدد تغییر داده شوند.
MAP در ارتباطات سطح کارخانه ای و سیستم های باز
GM MAP کاندیدای شایسته ای برای استفاده به عنوان ستون فقرات شبکه استاندارد کارخانه است که ارتباطات بین تمامی واحدهای تولیدی در کارخانه را فراهم می بیند. اغلب زیر شبکه هایی موجودند که ارتباطات بین هر واحد تولیدی را امکان‌پذیر می سازند و تعداد زیادی شبکه های محلی اختصاصی وجود دارند که احتیاجات این واحدها را برآورده می سازند. استفاده از GMMAP در چنین مواردی به عنوان ستون فقرات شبکه میتواند با پیش بینی و تدارک تونل ها یا «دروازه هایی» به ستون فقرات MAP، توسط اکثر شبکه های صنعتی غیر استاندارد نظیر Mod bus از گولد، Data high way از آلن برادلی، DNA از DEC و غیره همچنان میسر باشد دروازه ها امکان انضمام و تلفیق سیستم های تولیدی مجزا و متفاوت را به MAP بدون نیاز به جایگزینی تجهیزات موجود، فراهم می آورند.
کارآیی MAP
به موازات پیشرفت و پیچیده تر شدن وظایف، به وضوح روشن می شد که MAP در قالب و شکل مدل اصلی آن، از پس نیازهای شبکه هایی که از لحاظ گستردگی بزرگتر بودند، برنمی آمد. این نیازها و وظایف ممکن است به عنوان مثال، مستلزم ارتباط بلادرنگ سریع بین ربوت ها و سیستم های جوشکاری و بین سیستم ها و PLCها یا نظارت بعدی در مورد هم ارتباطات ناحیه ای موجود در یک سلول FMS باشد. در این موارد لازم است که ارتباط بتواند در سرعتی بسیار بالا و با حجم داده کم برقرار شود. علاوه بر این، واحدهای ارتباطاتی بایستی تا حد امکان ساده و ارزان باشند. برای این منظور، ویژگی های MAP با اعمال تغییراتی در مفاهیم اولیه عوامل فوق به صورتی متفاوت با MAP اصلی درخواهد آمد. انتظار می رود که یک چنین MAP گزینشی تنها لایه‌های۷, ٢ , ۱اتصالات داخلی سیستم های باز (OSI) را بپوشاند. در این MAP، انتقال سیگنال بر اساس سیستم باند پهن نخواهد بود که این امر به نحو چشمگیری هزینه ها را برای ساخت و ساز فیزیکی شبکه، کاهش میدهد. لیکن واحدهای بسیار کمتری به هر واسط ارتباطاتی قابل اتصال خواهد بود.
شبکه های انحصاری PLC
معمولاً PLC میتواند به یک کارت واسط شبکه انحصاری مجهز شود تا امکان اتصال به شبکه ارتباطی سازنده اش را فراهم آورد. این کارت شبیه به یک ماژول ارتباطات سریال است که همه تسهیلات پروتکل و تبدیلات سیگنال لازم را برای انتقال داده تدارک می بیند. اما از آنجا که ممکن است بیش از دو وسیله بر روی یک شبکه وجود داشته باشد، کارت تهیه شده بایستی هر گره را به طور منحصر به فردی مشخص سازد.
ماژول های واسط شبکه (NIM)
به منظور مشخص کردن مبدأ و مقصد پیام های ارسالی بر روی شبکه، از یک شناسه یا شماره دستگاه استفاده می‌شود. این شماره به هنگام اولین ترتیب دهی شبکه، توسط سوئیچ های چرخ شستی گونه موجود بر روی ماژول های واسطه و یا با برنامه‌ریزی نرم افزاری انتخاب می گردند در بیشتر حالات این امر باعث انتخاب فاصله زمانی ماژول که طی آن ماژول در شبکه «صحبت» خواهد داشت نیز می‌شود. زیرا از آنجا که همه ارتباطات توسط یک کابل مشترک انجام می پذیرد، لذا بایستی جهت اجتناب از تصادم داده ها، دسترسی به شبکه کنترل شود. اگر هر گره در هر لحظه به کانال دسترسی داشته باشد، میتواند سبب بروز تصادم داده ها گردد. شناسه های شبکه ممکن است اولویت یک گره در شبکه را نیز معین سازند، یعنی توانایی گره برای دستیابی به کانال قبل از گره دیگر با اولویت کمتر- معمولاً شماره شناسایی کمتر نشان دهنده اولویت بیشتر است. این خصوصیت به ویژه در جایی سودمند است که دستگاه هایی با وظایف متفاوت به شبکه متصل می‌شوند که اجازه میدهد برای مثال یک کنترل کننده ناظر بر چندین کنترل کننده تحت امر، اولویت داشته باشد. پس از اینکه این کار انجام شد میتوان با افزودن شناسه ها به داده های پیام از شماره وسیله جهت هدایت پیام ها از هر گره شبکه به گره دیگر استفاده کرد.
شبکه های محلی تطبیق پذیر
صورت دیگری از شبکه های محلی موجودند که اغلب به خدمت گرفته می‌شوند تا شکاف بین محدودیت های شبکه های اختصاصی تولید کنندگان و هزینه های گزاف شبکه های MAP و مشتق از MAP را پل بزنند. یک گونه از این شبکه ها، از گره های شبکه بندی شده هوشمند استفاده می‌کند که تقریباً به هرگونه PLC یا دیگر دستگاه هایی که اتصالات RS232 یا حلقه جریان را دارا هستند متصل می‌شود. هر گره را میتوان به گونه ای برنامه‌ریزی کرد تا با پروتکل ویژه و سرعت انتقال بیت به خصوصی که مورد نیاز دستگاه متصل شده است، کار کند که این امر موجب انعطاف پذیری بسیار زیادی در عمل می گردد. نرم افزار مدیریت شبکه برای هر کاربردی اعم از انتقال پیام ها، پرداختن به خطاها، اولویت گره و غیره مناسب می‌باشد. معمولاً این نوع از شبکه های محلی در مواقعی که با PLCها و واحدهای هوشمند متفاوتی سروکار داشته باشیم، بسیار مقرون به صرفه می‌باشد. و انتقال داده با سرعت بالا و مطمئن را در یک محیط تطبیق پذیر، میسر می سازند.