این نمایش به عنوان "پاک" توسط میزبان علامتگذاری شده است.
معرفی
01
این اولین قسمت از مجموعه 8 قسمتی است.
02
این مجموعه در مورد کنترلکنندههای منطق برنامهپذیر، یا PLCها به طور معمول شناخته شده است.
یک PLC چیست؟
به طور خلاصه، یک دستگاه کنترل صنعتی برنامهپذیر و همهکاره است.
آنها در سراسر صنعت در کارخانهها، خدمات عمومی و هر جایی که ماشینهای صنعتی نیاز به کنترل دارند، استفاده میشوند.
03
آنها یک سیستم کاملاً یکپارچه از سختافزار، نرمافزار و محیط توسعه است که به طور خاص برای تجهیزات صنعتی خودکار طراحی شده است.
شاید سادهترین راه برای توصیف آنها، ارائه مقداری زمینه تاریخی در مورد آنچه قبل از آنها رخ داده، باشد.
روزهای اولیه اتوماسیون
احتمالاً از ماشین بافندگی جاکارد قرن نوزدهم و استفاده از کارتهای حفرهای آن شنیدهاید، که یکی از فناوریهایی بود که در نهایت به محاسبات منجر شد.
با این حال، برای اهداف ما در اینجا، اهمیت آن در این است که یک شکل اولیه از سیستم کنترل اتوماسیون صنعتی بود، زیرا در نهایت کنترل یک ماشین در کارخانه را بر عهده داشت.
05
برای انواع دیگر ماشینها، یک روش کاملاً مکانیکی رایج برای حرکت دادن قطعات مختلف یک ماشین پیچیده به صورت هماهنگ، از طریق استفاده از میلهها و کامها بود.
مجموعهای از کامها که بر روی یک میله یا مجموعهای از میلهها متصل به یکدیگر از طریق چرخدندهها قرار دارند، میتوانستند قطعات ماشین را حرکت دهند، شیرها را باز یا بسته کنند و به طور کلی قطعات ماشین را هماهنگ کنند.
با گسترش استفاده از برق در کارخانهها در اوایل قرن بیستم، اکنون امکان استفاده از فناوری الکتریکی جدید برای انجام وظایف کنترل و اتوماسیون وجود داشت.
زمینه منطق رله
باید برخی اصطلاحات الکترومکانیکی را در اینجا توضیح دهم، زیرا درک این اصطلاحات و مفاهیم پشت آنها برای درک PLCs ضروری است، زیرا PLCs تکامل یافتهی پیشدرآمدهای خود هستند و از همان اصطلاحات استفاده میکنند.
آنچه قبل از PLCs بود، آنچه که به طور معمول به عنوان "منطق رله" شناخته میشد.
۷ چه چیزی یک رله (Relay) است؟
یک رله یک دستگاه الکترومکانیکی است که به جریان الکتریکی پاسخ میدهد و آن را کنترل میکند.
یک رله دارای یک "پیچ" است که همانطور که از نام پیداست، یک پیچ از سیم موثر است.
وقتی که سیم پیچ را فعال میکنید، یعنی جریان الکتریکی را به آن اعمال میکنید، یک الکترومغناطیس ایجاد میشود.
08
این الکترومغناطیس یک ارمچر را جذب میکند.
ارگ (Armature) یک قطعه فلزی متحرک است که وقتی کویل (coil) فعال میشود، به آن جذب میشود.
فعال شدن رله به آن بسته شدن گفته میشود.
غیرفعال کردن به آن باز شدن گفته میشود.
نامهای جایگزین این حالتها به ترتیب "کشیدن داخل" و "خارج شدن" است.
09
آرماتور به نوبه خود به یک یا چند تماس متصل میشود.
میتوانید تماس را مانند یک سوئیچ در نظر بگیرید.
وقتی سوئیچ به یک جهت چرخش کند، مسیر الکتریکی بسته میشود و جریان الکتریکی میتواند جریان یابد.
وقتی به جهت دیگر چرخش کند، مسیر الکتریکی قطع میشود و جریان الکتریکی مختل میشود.
10
تماسها میتوانند به صورت عادی باز باشند، در این صورت مسیر بسته میشود و جریان الکتریکی زمانی که رله روشن میشود، میتواند جریان یابد.
به طور جایگزین، آنها میتوانند به صورت معمولی بسته شوند، در این صورت مسیر بسته میشود و جریان زمانی که رله خاموش میشود، جریان خواهد داشت.
یک رله میتواند و معمولاً دارای چند تماس است، از جمله هم باز و هم بسته به صورت معمولی.
این اصطلاحات را به یاد داشته باشید: کویل، تماس، باز به صورت معمولی و بسته به صورت معمولی.
11 رله قفلشونده چیست؟
نوعی رله ویژه به نام رله قفلشونده وجود دارد.
این فقط به ندرت در مدارهای کنترل رله استفاده میشد، اما مفاهیمی که پشت آن است، زمانی که در مورد PLCها صحبت میکنیم، مهمتر خواهد شد.
یک رله قفلشونده دارای دو کویل است.
یک کویل برای روشن کردن یا "تنظیم" رله استفاده میشود.
دیگر پیچ از طریق خاموش کردن یا "بازنشانی" رله استفاده میشود.
12
رله یا یک مکانیسم قفل مکانیکی دارد یا از یک مغناطیس استفاده میکند که رله را در حالت تنظیم (یا به عبارت دیگر، بسته) نگه میدارد حتی اگر پیچ تنظیم انرژی خود را از دست بدهد.
برای بازنشانی یا "باز کردن" رله، باید پیچ بازنشانی را انرژیدار کنید.
یک رله قفلشونده معادل یک "بیت" حافظه را فراهم میکند که حالت آخر خود را حتی اگر برق ماشین خاموش شود، حفظ میکند.
13
رلههای قفلشونده در برنامههایی که حفظ حالت آخر منطق رله برای آنها مهم بود، استفاده میشد.
اگرچه به دلیل هزینه و پیچیدگی بیشتر، در مدارهای کنترل رله به ندرت استفاده میشوند، اما مفهوم قرار بود در برنامههای PLC به طور گستردهتری مورد استفاده قرار گیرد زمانی که دستورات تنظیم و بازنشانی ارائه میشوند که عملکرد معادل را در نرمافزار انجام میدهند بدون اینکه نگرانیهای هزینهای مشابهی داشته باشند.
14
بنابراین، تنظیم و بازنشانی قرار بود در برنامههای PLC بسیار بیشتر از زمانی که رلههای واقعی بودند، مورد استفاده قرار گیرند.
این اصطلاحات را به فهرست چیزهایی که باید به یاد داشته باشید - قفل کردن، باز کردن، تنظیم و بازنشانی - اضافه کنید.
چه چیزی یک "کنتراکتور" است؟
حالا من یک اصطلاح دیگر را ذکر میکنم، در صورتی که بعداً به آن بربخوریم.
این است "کنتراکتور".
یک کنترلر اساساً فقط یک رله بزرگ است.
معمولاً برای کنترل بار الکتریکی سنگین مانند موتورها و گرمکنها استفاده میشود.
16
رلههای کوچکتر معمولاً فقط "رله" نامیده میشوند، یا گاهی اوقات "رلههای کنترل".
اینها برای ایجاد مدارهای منطقی یا کنترل بار الکتریکی کوچکتر مانند چراغها یا شیرهای پنوماتیک یا هیدرولیکی استفاده میشوند.
این ممکن است مانند اصطلاحات فنی زیاد به نظر برسد، اما صبر کنید، من استعارههایی را به کامپیوترها در مواقع مناسب ارائه خواهم کرد.
17 دستگاه ورودی و خروجی
اگر میخواهید کاری مفید انجام دهید، به برخی ورودی/خروجی نیاز خواهید داشت.
دستگاههای ورودی معمولی شامل موارد زیر است.
18
دکمهها
این دکمههایی هستند که اپراتور آنها را فشار میدهد تا ماشین را به انجام کاری دستور دهد.
19
کلیدهای انتخابکننده
این کلیدها بهطور معمول چرخانده میشوند تا روشن یا خاموش شوند و در موقعیت خود باقی بمانند.
اینها میتوانند موقعیتهای متعدد داشته باشند، هر کدام از آنها میتواند ورودی جداگانهای را فعال کند.
20
چراغهای راهنما. این چراغها برای ارائه بازخورد به اپراتور استفاده میشوند.
21
سوئیچهای محدوده.
این سوئیچهای مکانیکی هستند که بخشهایی از ماشین را فعال میکنند، نه اینکه اپراتور آنها را فعال کند.
این میتواند برای تعیین موقعیت بخشهای مختلف ماشین در هر لحظه مورد استفاده قرار گیرد.
22
سنسورهای نزدیکی.
این اساساً سوئیچهای حالت جامد محدوده هستند که از آنها بهعنوان جایگزین سوئیچهای مکانیکی استفاده میشود، زیرا کمتر مستعد سایش و فرسایش هستند.
اینها اغلب بهصورت عامیانه به عنوان "پروکسیها" مخفف میشوند.
23
صمامهای سولنوئید.
اینها مانند رلهها هستند، به این معنی که یک سیم پیچ الکترومغناطیسی فعال میشود.
با این حال، به جای فعال کردن یک تماس الکتریکی دیگر، یک شیر هوا یا هیدرولیکی را فعال میکند.
این شیر به نوبه خود معمولاً اجازه میدهد هوا یا مایع هیدرولیکی یک پیستون را در یک سیلندر حرکت دهد، که سپس بخشی مکانیکی از ماشین را به حرکت درمیآورد.
یک ماشین معمولی دارای تعداد زیادی حسگر نزدیکی و شیرهای سولنوئید است.
منطق رله 24
تمام این ورودیها و خروجیها به نوعی منطق برای هماهنگ کردن آنها نیاز دارند.
اینجاست که رلههای کنترل وارد عمل میشوند.
25
اگر فعال کردن خروجی یک دستگاه الکتریکی به کنترل دستگاه الکتریکی دیگر شبیه به یک ترانزیستور به نظر برسد، پس بله، رلهها مشابه ترانزیستورهای الکترونیکی هستند.
با این حال، در حالی که ترانزیستورها اختراع میانه قرن بیستم هستند، رلهها از میانه قرن نوزدهم وجود دارند.
26
به همان روشی که با ترانزیستورها، امکان کدگذاری منطق در شبکهای از سیمهایی که رلهها را به هم متصل میکند، به همراه ورودیها از سوئیچها و سایر دستگاههای ورودی وجود دارد.
با سیمکشی سنسورها و رلهها به درستی با هم، امکان ایجاد توالیهای نسبتاً پیچیدهای از عملیات برای کنترل یک ماشین به صورت خودکار وجود دارد.
منطق بولی رله 27
سیمکشی تماسهای رله در سری شرایط "و" را ایجاد میکند.
سیمکشی آنها به صورت موازی شرایط "یا" را ایجاد میکند.
استفاده از تماسهای رلهای که به طور معمول بسته هستند شرایط "نه" را ایجاد میکند.
با تغذیه تماسهای خود رله به مدار منتهی به پیچ آن، امکان به یاد آوردن حالت خود رله وجود دارد.
هر رله میتواند به عنوان یک قطعه منطق در یک مدار منطق بولی در نظر گرفته شود.
28 تایمر و شمارنده
رلههای زمانبندی ویژه میتوانستند یک تأخیر زمانی بین فعال شدن یا غیرفعال شدن رله و بسته شدن یا باز شدن تماسها ایجاد کنند.
یک رله زمانبندی که پس از فعال شدن تأخیر ایجاد میکند، یک "تأخیر روشن" است.
یک رله زمانبندی که پس از غیرفعال شدن تأخیر ایجاد میکند، یک "تأخیر خاموش" است.
29
رلههای زمانبندی اغلب پنوماتیک بودند.
آنها دارای یک بالش لاستیکی کوچک بودند که هوا را به آرامی از طریق یک سوراخ قابل تنظیم خارج میکرد.
بالش از بستن یا باز شدن رله، بسته به نوع آن، جلوگیری میکرد تا زمانی که کافی هوا برای بسته شدن یا باز شدن آن خارج شود.
برای دقت بیشتر یا برای تأخیرهای زمانی طولانیتر، میتوان از تایمرهای موتوردار استفاده کرد.
30
میتوان از رلههای شمارنده ویژه استفاده کرد تا ورودی را برای روشن یا خاموش کردن تعداد مشخصی بار قبل از فعالسازی خروجیهای رله نیازمند باشد.
شمارندهها معمولاً از مکانیسم چرخان برای شمارش تا یک مقدار پیشفرض قبل از فعالسازی استفاده میکردند.
31
رلههای زمانبندی و شمارش بعدی از تایمرها و شمارندههای الکترونیکی استفاده میکردند، اما اینها نسبتاً دیر وارد شدند در زمانی که منطق رله در حال از بین رفتن بود.
32 پنل الکتریکی
تعداد زیادی رله بر روی پنلها در محفظههای الکتریکی بزرگ نصب میشدند، با سیمهایی که بین آنها میگذشت و همچنین به سوئیچهای محدوده، شیرها و سایر دستگاههایی که بر روی ماشین نصب شده بودند.
33 طراحی مدار منطقی
منطق یا برنامه در انتخاب دستگاهها و سیمهایی که بین آنها میگذشت کدگذاری میشد.
برای طراحی و مستندسازی این منطق، طراح طرحهای الکتریکی را ایجاد میکند.
این طرحها طبق یکی از دو سبک مختلف دنبال میشوند.
34
در یک سبک، دو سیم قدرت، یا گرم و خنثی در صورت قدرت متناوب، یا مثبت و منفی در صورت قدرت مستقیم، به عنوان خطوط عمودی در هر دو طرف صفحه طرح کشیده میشوند.
این خطوط عمودی به عنوان "ریل" شناخته میشوند.
سپس سیمها به صورت افقی از چپ به راست در سراسر صفحه کشیده میشوند که نشاندهنده اتصالات بین دکمههای فشار، سوئیچها و تماسهای رله به رلهها یا چراغهای راهنما در سمت راست است.
35
اتصالات فیزیکی بین رلهها و تماسهای رله معمولاً در طرحها نشان داده نمیشوند، اگرچه ممکن است در مورد دکمههای فشار یا سوئیچهای انتخابکننده با تماسهای متعدد باشد.
به جای آن، شما به برچسبها یا نامها متکی هستید تا ببینید تماسها با کدام رلهها، سوئیچهای محدوده یا دکمههای فشار مرتبط هستند.
36
کنوانسیونهای نامگذاری استاندارد برای دستگاهها وجود دارد که من در اینجا وارد آن نمیشوم.
با این حال، این بدان معنی است که کویلهای رله میتوانند در یک صفحه از مجموعه طرحها قرار داشته باشند و تماسها در هر جای دیگر مجموعه طرحها قرار میگیرند.
رسم معمول این بود که یک ارجاع متقابل کنار کویل رله بنویسید تا مشخص شود تماسهای آن در کجا در طرح استفاده میشوند.
37 پله لادر
از نظر عملی، این بدان معنی بود که طرح منطقی تمایل داشت به شکل مجموعههای مستقل افقی سیمکشی و تماسها به نظر برسد که شبیه پلههای یک لادر است.
بنابراین این طرحها به عنوان "نمودارهای لادر" یا "طرحهای لادر" شناخته شدند.
عناصر افقی به عنوان "پله" شناخته میشدند.
38 نماد استاندارد
هر نوع دستگاه یک نماد استاندارد داشت تا بتوانید در نگاه اول ببینید که چیست.
به عنوان مثال، یک کویل رله دایرهای بود.
یک تماس رله باز معمولی دو خط عمودی کوتاه بود که یک شکاف در مدار سیم را جدا میکرد.
یک تماس رله بسته معمولی فقط یک تماس باز معمولی بود با یک خط مورب که بر روی آن کشیده شده بود.
جریان منطق 39
طبق عرف، نقشهها از بالا به پایین و از چپ به راست خوانده میشدند.
در عمل واقعی، عملیات میتوانست به صورت موازی اتفاق بیفتد و شما باید مراقب میبودید تا آنچه به آن "مسابقه رله" میگفتند را معرفی نکنید، جایی که نتیجه یک عملیات به اتمام یافتن کدام یک از دو عملیات موازی بستگی داشت.
یک مسابقه رله میتوانست نتایج غیرقابل پیشبینی تولید کند بسته به اینکه کدام یک از عملیات اول به اتمام برسد و بنابراین باید از آن اجتناب شود.
40
مهندسان، تکنیسینها و برقکاران انتظار میرفت که در خواندن و درک این نمودارهای پلهای مهارت پیدا کنند تا بتوانند تجهیزات را طراحی و عیبیابی کنند.
برای کسی که در این زمینه تجربه داشت، خواندن و درک این نمودارها به طبیعت دوم تبدیل شده بود.
طرحهای 41 DIN
ذکر کردم که دو سبک از طرحها وجود دارد.
سبک دیگر به عنوان DIN شناخته میشود، که مخفف "Deutsches Institut fur Normung" یا مؤسسه استانداردهای آلمان به زبان انگلیسی است.
این اساساً فقط یک نمودار پلهای است که به جانبی آن برگردانده شده، با ریلها به صورت افقی از چپ به راست و پلهها به صورت عمودی از بالا به پایین.
من طرحهای DIN را در اینجا برای کامل بودن ذکر کردم، اما حتی کشورهایی که هنوز از طرحهای DIN برای مستندسازی سیمکشی استفاده میکنند، از پلههای عمودی در هنگام تبدیل منطق پلهای به الکترونیکی استفاده میکنند.
مقایسه با دروازههای منطقی الکترونیکی 42
اگر با دروازههای الکترونیکی و، یا، NAND و NOR آشنا هستید، برخی از مفاهیم بالا برای شما آشنا خواهد بود.
برخی از مفاهیم واقعاً مشابه هستند.
با این حال، این کنوانسیونهای الکترومکانیکی پیش از وجود حالت جامد وجود داشتند.
43
طرحها همچنین بر اساس اصول کاملاً متفاوتی هستند.
در حالی که طرحهای دروازه منطق حالت جامد ورودیها و خروجیها را در یک دستگاه واحد که در یک بلوک واحد با اتصالات پیچیده قرار گرفتهاند، نشان میدهند، طرحهای پلههای الکتریکی آنها را جدا میکند، که چندین نتیجه بسیار مهم دارد.
44
اول، این کار طراحی اتصالات را به شدت ساده میکند.
دوم، اجازه میدهد ورودیها و خروجیها بر اساس عملکرد، نه بستهبندی فیزیکی، گروهبندی شوند.
سوم، اجازه میدهد طرحها در چندین برگه استاندارد کوچکتر پخش شوند که به نوبه خود اجازه میدهد مجموعههای عملکردی پلههای مرتبط را در یک نگاه ببینید.
این سه عامل قرار بود اهمیت زیادی در جایگزینی رلههای فیزیکی با نرمافزار داشته باشند.
--------------------
ریشهها و توسعه تاریخی ۴۵
مبدأ
به نظر میرسد هیچکس نمیداند که یا جایی که منطق رله صنعتی برای اولین بار معرفی شد.
حدسهای بهتر به نظر میرسد که میگویند حدود زمانی پس از برقرسانی گسترده کارخانهها در اوایل قرن بیستم.
خودکارسازی در عصر بخار به نظر میرسید عمدتاً بر پروفایل اهرمهای مکانیکی نصبشده بر روی شفتها برای زمانبندی عملیات ماشین متکی است.
اکثر منابع به نظر میرسد که نسبتاً مطمئن هستند که منطق رله تا دهههای ۱۹۴۰ یا ۱۹۵۰ گسترده شد.
حالت جامد ۴۶
معرفی ترانزیستورها بلافاصله رلهها را برای اهداف کنترل از بین نبرده بود.
رلهها توانایی مدیریت مقادیر قابل توجهی قدرت به صورت مستقیم را داشتند، که به آنها اجازه میداد مستقیماً با ورودیها و خروجیها ارتباط برقرار کنند.
ترانزیستورها به هر حال به رلهها برای مداخله نیاز داشتند، که شمار قطعات را افزایش میداد و سیستم را پیچیدهتر میکرد، بدون اینکه مزیت قابل توجهی داشته باشد.
47
ماژولهای منطق حالت جامد به طور خاص برای جایگزینی رلهها در منطق کنترل توسعه یافته بودند، اما استفاده گستردهای از آنها صورت نگرفت.
این ماژولهای منطق حالت جامد هنوز به اتصالهای سیمکشی بین آنها نیاز داشتند، که مزایای آنها را نسبت به رلههای الکترومکانیکی محدود میکرد.
چندین خانواده از رلههای کنترل الکترومکانیکی توسط چندین شرکت توسعه یافته بود، و این رلهها معمولاً بسیار محکم و قابل اعتماد بودند، اگرچه کمی گران بودند.
نتیجهگیری: 48
در این قسمت، من موارد زیر را پوشش دادم.
یک رله چیست؟
دستگاههای ورودی و خروجی متداول.
از رلهها برای ایجاد سیستمهای منطق بولی استفاده میشود.
طراحی سیستمهای منطق رلهای و نقشههای الکتریکی مورد استفاده برای مستندسازی آنها.
تاریخچه مختصر سیستمهای منطق رلهای.
49 اصطلاحی که باید به یاد داشته باشید.
اینجا برخی از اصطلاحاتی که ممکن است بخواهید به یاد داشته باشید.
کنترلکننده منطق برنامهپذیر، همچنین به عنوان "PLC" شناخته میشود.
رله کنترل.
لولهها
تماسها
بهطور معمول باز
بهطور معمول بسته
50
قفل
باز کردن قفل
تنظیم
ریست کردن
51
در مورد تایمرهای تأخیری
تایمرهای تأخیری خاموش
شمارندهها
دکمههای فشار
چراغهای راهنما
سوئیچهای محدوده
سوئیچهای نزدیکی، معروف به "پروکسیها"
نمودارهای پلهای
ریلهای پلهای
پلههای پلهنورد
۵۲ قسمت بعدی
در قسمت بعدی، من در مورد موارد زیر بحث خواهم کرد.
منشأ PLCs.
چگونه آنها از منطق رلهای تکامل یافتند.
چگونه و چرا رلههای فیزیکی و سیمکشیها به رلههای مجازی در نرمافزار تبدیل شدند.
53
آیا فکر میکردید که برنامهنویسی بصری یا گرافیکی چیزی جدید است؟
به قسمت بعدی گوش دهید و متوجه شوید که مردم نیم قرن پیش در کارخانهها این کار را انجام میدادند، زمانی که شما هنوز سعی داشتید اولین برنامه فورتران خود را روی یک کامپیوتر اصلی اجرا کنید.
54
این اولین قسمت از یک مجموعه 8 قسمتی بوده است.
--------------------