ساخت تابلو پی ال سی (PLC) |کاربرد تابلو پی ال سی یا اتوماسیون صنعتی

علت ساخته شدن تابلو برق پی ال سی (PLC)

اگه بخوایم بصورت ساده به این مطلب بپردازیم باید بگیم که انسان ها همیشه دنبال مسیر های راحت و ساده تر برای انجام کار ها بودند. در ابتدا مدارهای کنترلی از طریق، سیستم های کنترل مبتنی بر رله سنتی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گرفتند. اما این سیستم ها بسیار پیچیده بودن، نیاز به زمان زیاد برای پیکربندی مجدد داشتند و فاقد تطبیق پذیری مورد نیاز برای عملیات‌های صنعتی مدرن بودند.

تا اینکه در اوایل دهه‌ی 1970 به لطف تلاش های مهندسین به این نیاز پاسخ داده شد و اولین کنترلر‌های قابل برنامه ریزی یا پی ال سی ها (Programmable Logic Controller) معرفی شدند.

رفته رفته با سرعت رشد بالای صنعت نیاز به این تجهیزات و سیستم های کنترلی بیشتر و بیشتر شده و زمینه اتوماسین صنعتی شاهد توسعه زیادی توسط تیم های مختلف بود. اتوماسیون فرآیندهای صنعتی را کارآمدتر، با هزینه‌ای کمتر و قابل اطمینان‌تر کرده است. یکی از عناصر کلیدی اتوماسیون صنعتی، کنترلر منطقی برنامه‌پذیر (PLC) است که برای کنترل ماشین‌آلات و فرآیندهای مختلف به کار می‌روند. تابلو برق‌های پی ال سی (PLC) عناصر اساسی در اتوماسیون صنعتی هستند و با ارائه قدرت و کنترل، به ماشین‌آلات کمک می‌کنند تا به صورت کارآمد عمل کنند.

روش کار تابلوهای برق PLC به زبان ساده

تابلوهای برق پی ال سی ستون فقرات اتوماسیون صنعتی هستند که ماشین آلات و فرآیندهای پیچیده مورد استفاده در تولید و عملیات صنعتی را کنترل می کنند. PLC یک تجهیزکامپیوتری قابل برنامه ریزی است که عملکرد ماشین ها و فرآیندهای مختلف را از طریق استفاده از یک واحد پردازش مرکزی (CPU) کنترل می‌کند. CPU سیگنال‌ها را از سنسور و دستگاه‌های دیگر دریافت می‌کند و آن‌ها را طبق مجموعه‌ای از دستورالعمل‌های از پیش برنامه‌نویسی شده پردازش می‌کند. دستورالعمل ها یا "برنامه ها" به PLC می گویند که چه اقداماتی را انجام دهد، مانند روشن یا خاموش کردن دستگاه، تنظیم سرعت موتور، یا باز و بسته کردن دریچه‌ها و .....

تابلو برق های PLC طوری طراحی می‌شوند که قابل اعتماد، کارآمد و همه کاره باشند. این تابلوها قادر به انجام کار‌های بسیار وسیع و برقراری ارتباط با سایر دستگاه ها و سیستم ها هستند. از اچ ام آی (Human Machine Interface) تا سیستم های کنترل نظارتی و جمع آوری داده ها (SCADA)   و از کارهای ساده مانند روشن کردن موتور گرفته تا سیستم های پیچیده مانند روباتیک و خطوط مونتاژ خودکار استفاده می شوند.

تابلو برق های PLC به صورت ماژولار طراحی می‌شوند، به این معنی که می‌توان آنها را برای رفع نیازهای یک برنامه خاص سفارشی برنامه نویسی کرد. طراحی ماژولار PLC ها به ما اجازه می‌ده تا به راحتی برنامه نویسی و در صورت نیاز دوباره برنامه نویسی کنیم و آنها را برای کاربردهای مختلف ایده آل سازی کنیم.

اجزای مختلف تابلو برق پی ال سی و وظایف هر بخش :

یک تابلو برق PLC از چندین بخش اصلی تشکیل میشه که هر کدام عملکرد خاص خودشون را دارند. بریم این بخش ها و عملکردهای مربوط به آنها را بررسی کنیم:

1. کنترلر منطقی قابل برنامه ریزی یا همون : PLC این تجهیز بخش اصلی تابلو برق و مغز متفکر سیستم است. داخل این بخش  واحد پردازش مرکزی (CPU) است و برنامه نویسی ها در این بخش انجام شده که کل سیستم را کنترل و هماهنگ می‌کند. PLC سیگنال های ورودی را دریافت می‌کند، آنها را بر اساس دستورالعمل‌ها و برنامه نویسی انجام شده پردازش می‌کند و سیگنال‌های خروجی را برای کنترل دستگاه‌ها و ماشین آلات مختلف تولید می‌کند.
2. پاور یا همون منبع تغذیه: منبع تغذیه وظیفه تبدیل برق ورودی به سطوح ولتاژ مورد نیاز (مثلا تبدیل 230 ولت به 24 ولت) برای کارکرد PLC و سایر اجزای داخل تابلو برق را بر عهده دارد. پاورها یک منبع تغذیه پایدار و قابل اعتماد را برای کل سیستم هستند.
3. ماژول های ورودی (Digital & Analog & Special & Network Inputs): ماژول های ورودی برای ارتباط PLC با سنسورهای خارجی، سوئیچ ها و دستگاه هایی که سیگنال های ورودی را ارائه می دهند استفاده می‌شود. این ماژول ها سیگنال های ورودی را دریافت کرده و به فرمتی تبدیل می‌کنند که PLC بتونه پردازش کند. این تجهیزات نقش مهمی در جمع آوری اطلاعات در مورد وضعیت و شرایط ماشین آلات یا فرآیندهای کنترل شده ایفا می‌کنند.
4. ماژول های خروجی(Digital & Analog & Special & Network Outputs): ماژول های خروجی وظیفه تبدیل سیگنال های پردازش شده از PLC به سیگنال های خروجی را بر عهده دارند که می توانند محرک های مختلفی مانند موتورها، شیرها، رله ها یا شیر برقی ها را کنترل کنند. این ماژول ها سیگنال ها را از PLC دریافت می کنند و خروجی الکتریکی مناسب را برای کار با دستگاه های متصل ارائه می دهند.
5. ماژول های ارتباطی: ماژول های ارتباطی PLC را قادر می سازند تا با دستگاه ها، سیستم ها یا شبکه های خارجی ارتباط برقرار کند. آنها رابط هایی مانند اترنت، پورت های ارتباطی سریال (RS-232، RS-485)، یا پروتکل های فیلدباس (Profibus، Modbus) را برای تبادل داده بین PLC و سایر دستگاه ها یا سیستم ها فراهم می کنند. ماژول های ارتباطی ادغام با سیستم های نظارتی، نظارت از راه دور و تبادل داده با سایر PLC ها را تسهیل می کنند.
6. رابط انسان و ماشین یا همون HMI خودمون : تجهیز اچ ام آی )HMI( به اپراتورها یا تکنسین ها اجازه می‌ده تا با سیستم PLC تعامل داشته باشند. این شامل نمایشگرها، صفحه‌های لمسی، دکمه‌های فشاری و نشانگرهایی است که بازخورد بصری، اطلاعات وضعیت، و امکان وارد کردن دستورات یا تغییر پارامترها را ارائه می‌دهند. )HMI( اپراتورها را قادر می سازد تا وضعیت سیستم را نظارت کنند، داده ها را تجسم کنند و عملیات یا تنظیمات اولیه را انجام دهند.
7. سیم‌کشی و بلوک‌های پایانه: این قطعات اتصال اجزای مختلف الکتریکی، ماژول‌ها، سنسورها و محرک‌ها را در پنل الکتریکی تسهیل می‌کنند. بلوک‌های ترمینال نقاط پایانی امن و سازمان‌یافته را برای اتصالات سیم‌کشی فراهم می‌کنند و نصب، نگهداری و عیب‌یابی را قابل کنترل‌تر می‌کنند.

هر یک از این قطعات نقش مهمی در عملکرد یک تابلو برق PLC ایفا می کنند و با هم کار می کنند تا کنترل، نظارت و اتوماسیون فرآیندهای صنعتی را امکان پذیر کنند.

معروف ترین برندها در زمینه تولید  PLC

چندین برند معروف در زمینه تولید PLC وجود دارد. برخی از معروف ترین برندها عبارتند از:

1. زیمنس - زیمنس یکی از بزرگترین تولید کنندگان PLC در جهان است که طیف وسیعی از محصولات را برای کاربردهای مختلف طراحی کرده است.
2. آلن برادلی - آلن برادلی تولید کننده پیشرو در تجهیزات اتوماسیون صنعتی از جمله PLC و سایر دستگاه های کنترلی است.
3. میتسوبیشی الکتریک - میتسوبیشی الکتریک یک شرکت چند ملیتی ژاپنی است که طیف وسیعی از تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی از جمله PLC را تولید می کند.
4. اشنایدر الکتریک - اشنایدر الکتریک یک شرکت چند ملیتی فرانسوی است که در مدیریت انرژی و راه حل های اتوماسیون، از جمله PLC ها تخصص دارد.
5. - ABB یک شرکت چند ملیتی سوئیسی-سوئدی است که طیف گسترده ای از محصولات از جمله PLC و سایر تجهیزات اتوماسیون صنعتی را تولید می کند.

البته این این موارد تنها برخی از معروف ترین های برند های شناخته شده در این زمینه بودند. در حال حاضر تعداد برند های بسیار زیادی تو این زمینه فعالیت دارند که با کیفیت و قیمت های متفاوت توی بازار موجود هستند. در ایران هم بیشتر این برند قابل تهیه هستند هر چند در چند سال اخیر بدلیل شرایط تحریم و روند سعودی قیمت ارز و بی ارزش شدن ریال روی بازار به سمت برند های با قیمت مناسب چینی و تایوانی و .... خیلی بیشتر شده. نمونه هایی از این برند هارو میتونید در عکس زیر مشاهده کنید.

مزایای استفاده از تابلو برق‌های  PLC

استفاده از پنل های الکتریکی PLC در اتوماسیون صنعتی دارای چندین مزیت است. برخی از این مزایا عبارتند از:

• بهبود کارایی : پی ال سی قابلیت برنامه‌ریزی دارند و می‌توانند وظایف را به طور موثرتری از انسان انجام دهند. با استفاده از الگوریتم ها و دستورات برنامه‌ریزی، عملکرد ماشین‌آلات را بهینه می‌کنند و زمان‌بندی دقیق تری را ارائه دهند
• انعطاف پذیری: پنل های الکتریکی PLC قابلیت تنظیم و برنامه‌ریزی مجدد را دارند. این به کاربران اجازه می‌دهد تا به سرعت و به راحتی تغییراتی را در فرآیندها و کنترل ماشین‌آلات اعمال کنند. این انعطاف پذیری باعث می‌شود که PLC ها قابلیت استفاده در زمینه های مختلف صنعتی را داشته باشند.
• قابلیت اتصال و ارتباط: پنل های الکتریکی PLC امکان ارتباط با دستگاه ها و سیستم های دیگر را فراهم می‌کنند. آنها قابلیت ارتباط با رابط کاربری انسان و ماشین (HMI)، سیستم های SCADA و PLC های دیگر را دارند. این قابلیت اتصال و ارتباط بهبود کارایی و مدیریت کلی فرآیندهای صنعتی را بهبود می‌بخشد.
• پایداری و قابلیت اطمینان: PLC ها به دلیل ساختار الکترونیکی خود، مقاومت بالا در برابر نوسانات برق و شرایط صنعتی سخت را دارند. این باعث می‌شود که آنها به صورت پایدار و بدون نیاز به تعمیر.

اطمینان و ایمنی در تابلو برق های پی ال سی:

تابلوهای PLC که به تابلوهای کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی نیز معروف هستند، معمولاً در تنظیمات صنعتی برای خودکارسازی و کنترل فرآیندهای مختلف استفاده می شوند. آنها روشی قابل اعتماد و کارآمد برای مدیریت ماشین آلات و تجهیزات پیچیده ارائه می دهند که می تواند به طور قابل توجهی بهره وری و ایمنی را در محل کار بهبود بخشد.

یکی از مزایای کلیدی تابلوهای برق PLC ایمنی بالای آنهاست. این سیستم ها با طیف وسیعی از ویژگی های ایمنی طراحی شده اند که به جلوگیری از حوادث و تضمین عملیات ایمن کمک می کند. به عنوان مثال، بسیاری از تابلوهای برق PLC شامل سنسورها یا دستگاه های دیگری هستند که می توانند خطرات احتمالی مانند گرمای بیش از حد، نوسانات برق یا خطاهای الکتریکی را تشخیص دهند. هنگامی که یک خطر شناسایی می شود، سیستم می تواند به طور خودکار خاموش شود یا سایر اقدامات اصلاحی را برای جلوگیری از آسیب یا آسیب انجام دهد.

علاوه بر این ویژگی های ایمنی داخلی، تابلوهای برق PLC باید با طیف وسیعی از استانداردها و مقررات صنعتی مطابقت داشته باشند. این شامل الزامات ایمنی الکتریکی، حفاظت در برابر آتش و سایر اقدامات ایمنی حیاتی است. تولیدکنندگان تابلوهای برق PLC معمولاً تحت آزمایش‌های دقیق و فرآیندهای صدور گواهینامه قرار می‌گیرند تا اطمینان حاصل کنند که محصولاتشان این استانداردها را رعایت کرده و برای استفاده در محیط‌های صنعتی ایمن هستند.

یکی دیگر از عوامل مهم در ایمنی تابلوهای PLC تعمیر و نگهداری و بازرسی منظم است. مانند هر قطعه پیچیده ای از ماشین آلات، این سیستم ها نیاز به مراقبت و توجه مداوم دارند تا اطمینان حاصل شود که به کارکرد ایمن و قابل اطمینان ادامه می دهند. بازرسی های منظم می تواند مسائل بالقوه را قبل از تبدیل شدن به مشکلات بزرگ شناسایی کند و تعمیر و نگهداری معمول می تواند به عملکرد روان و کارآمد سیستم کمک کند.

به طور کلی، تابلوهای برق PLC در صورت نصب، نگهداری و کارکرد مناسب، ایمنی بالایی را ارائه می دهند. آنها ابزاری قدرتمند برای مدیریت فرآیندهای پیچیده در محیط‌های صنعتی ارائه می‌کنند و در عین حال خطرات حوادث یا سایر حوادث ایمنی را به حداقل می‌رسانند.

برنامه نویسی پی ال سی ها :

همون طور که تو بخش های قبل توضیح دادیم  (PLC) رایانه‌ای تخصصی، برای کنترل ماشین‌آلات و خودکارسازی فرآیندها در تنظیمات صنعتی است. برای برنامه نویسی پی ال سی ها ابتدا باید بطور کامل کارهایی که قرار است این سیستم کنترلی انجام را نوشت و در ادامه همه این نوشته ها را در نظر گرفته و برنامه مناسب را برای انجام این کار نوشت.

در ادامه بطور مختصر در مورد زبان های برنامه نویسی پی‌ال‌ سی‌ها توضیحاتی ارائه میدهیم :

پی ال سی ها با استفاده از یک زبان خاص، معروف به منطق نردبان، برنامه نویسی می‌شوند که شبیه به پله های نردبان طراحی است. منطق نردبانی یک زبان برنامه نویسی گرافیکی است که از نمادها برای نمایش توابع منطقی مانند دروازه‌های AND، OR و NOT استفاده می‌کند. نمادها بر روی نمودار نردبانی با خطوط عمودی نشان دهنده ریل های برق و خطوط افقی نشان دهنده توابع منطقی مرتب شده اند. ورودی ها و خروجی ها با نمادهایی که به ترتیب در سمت چپ و راست نمودار نردبان قرار گرفته اند نشان داده می‌شوند.

یکی از مزایای منطق نردبانی این است که یادگیری و درک آن آسان است، حتی برای کسانی که پیشینه فنی ندارند. این باعث می شود که برای اپراتورها و تکنسین هایی که برای انجام کار خود نیاز به برنامه ریزی PLC دارند، گزینه ایده آلی باشد.

یکی دیگر از مزایای منطق نردبانی این است که امکان عیب یابی سریع و کارآمد مشکلات را فراهم می‌کند. از آنجایی که نمودار نردبانی یک نمایش گرافیکی از توابع منطقی است، به راحتی می توان تشخیص داد که در کجا ممکن است یک مشکل رخ دهد و تغییراتی در برنامه ایجاد کند.

علاوه بر منطق نردبانی، زبان‌های دیگری نیز برای برنامه‌نویسی PLC‌ ها وجود دارد، از جمله نمودارهای بلوک تابع (FBD) و متن ساختاریافته (ST). FBD ها شبیه به منطق نردبانی هستند زیرا از نمادهای گرافیکی برای نشان دادن توابع منطقی استفاده می کنند، اما آنها به شیوه ای آزادتر مرتب شده اند. ST یک زبان برنامه نویسی متنی است که بیشتر شبیه زبان های برنامه نویسی سنتی مانند C یا جاوا است.

انتخاب زبان برنامه نویسی تا حد زیادی به پیچیدگی فرآیند کنترل شده و ترجیح برنامه نویس بستگی دارد. برای کاربردهای ساده، منطق نردبانی اغلب کافی است، در حالی که سیستم های پیچیده تر ممکن است به استفاده از FBD یا ST نیاز داشته باشند.

برنامه نویسی PLC بخش ضروری اتوماسیون صنعتی است و تقاضای بالایی برای برنامه نویسان ماهر وجود دارد. با ادامه پیشرفت فناوری، نقش PLC ها در تنظیمات صنعتی مهم تر می شود و نیاز به برنامه نویسان ماهر بر این اساس افزایش می یابد.

در پایان، برنامه نویسی PLC یک زمینه پیچیده و مهم است و منطق نردبانی تنها یکی از زبان هایی است که برای برنامه نویسی PLC ها استفاده می شود. در حالی که مزایای خود را دارد، زبان های دیگر مانند FBDs و ST ممکن است برای برنامه های خاص مناسب تر باشند. صرف نظر از زبان مورد استفاده، برنامه نویسان ماهر PLC برای موفقیت اتوماسیون صنعتی ضروری هستند.

نتیجه گیری :

آینده تابلو برق های پی ال سی در اتوماسیو صنعتی کجاست ؟

کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) برای دهه‌ها جزء حیاتی در اتوماسیون صنعتی بوده‌اند و با آخرین پیشرفت‌های تکنولوژیک به تکامل خود ادامه می‌دهند. با توسعه Industry 4.0 و اینترنت صنعتی اشیاء (IIoT)، تابلوهای برق PLC نقش مهمی را در آینده اتوماسیون صنعتی ایفا می کنند.

یکی از روندهای کلیدی که باعث تکامل تابلوهای برق PLC می شود، نیاز روزافزون به پردازش داده ها در زمان واقعی است. همانطور که کارخانه ها بیشتر متصل و خودکار می شوند، تقاضای فزاینده ای برای جمع آوری، تجزیه و تحلیل و ادغام آنی داده ها با سیستم های دیگر مانند برنامه ریزی منابع سازمانی (ERP) و سیستم های اجرایی تولید (MES) وجود دارد. تابلوهای برق مدرن می توانند این سطح از عملکرد را با استفاده از رایانش ابری و فناوری های محاسبات لبه ارائه دهند.

روند دیگری که در حال شکل دادن به آینده تابلوهای برق PLC است، حرکت به سمت مدولارسازی و استانداردسازی است. با استفاده از قطعات و رابط های استاندارد شده، تابلوهای برق PLC را می توان به راحتی در سیستم های اتوماسیون صنعتی موجود ادغام کرد و زمان و هزینه های اجرا را کاهش داد. علاوه بر این، تابلوهای ماژولار PLC را می توان به راحتی ارتقا یا جایگزین کرد و به کارخانه ها اجازه می دهد تا بدون نیاز به تعویض کل سیستم های اتوماسیون، با نیازهای متغیر سازگار شوند.

همچنین انتظار می‌رود توسعه فناوری‌های هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (ML) بر آینده تابلوهای برق PLC تأثیر بگذارد. الگوریتم‌های هوش مصنوعی و ML را می‌توان برای بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، بهبود نگهداری پیش‌بینی‌کننده و کاهش زمان خرابی استفاده کرد. به عنوان مثال، تابلوهای برق PLC با هوش مصنوعی می توانند به طور خودکار برنامه های تولید را بر اساس تقاضای بلادرنگ تنظیم کنند، ضایعات را کاهش دهند و کارایی را بهبود بخشند.

در نهایت، امنیت سایبری در حال تبدیل شدن به یک نگرانی مهم در اتوماسیون صنعتی است. همانطور که کارخانه ها بیشتر به هم متصل می شوند، خطر حملات سایبری و نقض داده ها افزایش می یابد. تابلوهای برق PLC باید با ویژگی های امنیتی قوی برای محافظت در برابر این تهدیدات طراحی شوند. این شامل پروتکل های ارتباطی امن، رمزگذاری و مکانیسم های کنترل دسترسی است.

به طور خلاصه، آینده تابلوهای برق PLC در اتوماسیون صنعتی با پردازش بی‌درنگ داده، مدولارسازی و استانداردسازی، ادغام هوش مصنوعی و ML و ویژگی‌های امنیت سایبری قوی مشخص می‌شود. با افزایش تقاضا برای کارخانه‌های متصل و خودکار بیشتر، تابلوهای برق PLC نقش مهم‌تری در ایجاد نوآوری و کارایی در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی ایفا می‌کنند.