بررسی کاربرد کنترل کننده های منطقی در صنعت برق

يك سيستم كنترل كه بدون دخالت عامل انساني و خود به خود قادر به تنظيم خروجي باشد را سيستم كنترل خودكار يا اتوماتيك مي‌گوييم.

فصل اول: مقدمه ای بر علم کنترل و مفاهیم منطقی

1-1- خودكارسازي (اتوماسيون)
در زندگي روزمره، واژه كنترل بسيار بكار برده مي‌شود و اصطلاحاتي نظير كنترل رشد جمعيت، ترافيك و غيره در گفتگو‌هاي روزمره بسيار شنيده مي‌شود. معمولاً كلمه كنترل وقتي به كار برده مي‌شود كه نوعي مهاركردن و تسلط بر يك پديده مورد نظر باشد. علاقه انسان به تحت اختيار درآوردن و تسلط بر پديده‌ها باعث پيدايش شاخه جديدي از دانش‌ها به نام عمل كنترل گرديده است.
علم كنترل، علمي است كه در مورد چگونگي تحت اختيار در آوردن و هدايت رفتار‌هاي پروسة ها (فرآيند يا پديده‌اي كه مايل به تحت اختيار در آوردن آن هستيم) صحبت مي‌كند.
يك سيستم كنترل كه بدون دخالت عامل انساني و خود به خود قادر به تنظيم خروجي باشد را سيستم كنترل خودكار يا اتوماتيك مي‌گوييم. خط سير و هدف همة صنايع به سمت افزايش توليد بيشتر مي‌باشد و اين خط سير از ميان خودكارسازي يا اتوماسيون فرآيند‌ها و ماشين آلات مي گذرد. خودكار‌سازي ممكن است به دليل افزايش كميت محصول و يا بهبودي در كيفيت و دقت آن صورت بگيرد. اما به هر شكل، اين روند همواره با جايگزيني برخي يا همة اعمال و ورودي‌هاي انساني مورد نياز جهت انجام و كنترل عملكرد‌هاي ويژه، همراه مي‌باشد. بسياري از كارخانه‌ها و كارگا‌ه‌ها به جاي اينکه كارگران را عملاً و به طور فيزيكي با انجام وظايف درگير كنند. از آنها جهت كنترل ماشين‌ها و تجهيزات استفاده مي نمايند. اين نوع از كنترل نيازمند كارگري است كه نحوه عمل يك فرآيند بخصوص را مي داند.
و نيز مي داند كه چه ورودي‌هايي نياز است تا خروجي در سطح دلخواه باقي بماند.
اما به منظور تحقق خودكارسازي يك فرآيند، اپراتور‌ها و كارگران بايد توسط شكلي از سيستم‌هاي خودكار جايگزين گردند. سيستم‌هاي خودكار قادرند فرآيند را بدون مداخله انسان يا با دخالت اندك كنترل كنند. اين امر نيازمند سيستمي است كه قادر باشد يك فرآيند را راه ‌اندازي كرده و آن را متوقف كند.
هر سيستم کنترل را به سه بخش اصلي مي توان تقسيم كرد: ورودي، بخش پردازشگر و خروجي.

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه ای بر علم کنترل و مفاهیم منطقی 1
1-1- خودكارسازي (اتوماسيون) 2
1-1-1- ورودي‌ها 3
1-1-2- خروجي‌ها 4
1-1-3- بخش پردازشگر يا بلوك كنترل 4
1-2- سيستم‌هاي ديجيتال و آنالوگ 5
1-2-1- كنترل آنالوگ 6
1-2-2- كنترل ديجيتال 6
1-3- انواع فرآيندهاي صنعتي 7
1-3-1- فرآيند هاي پيوسته 7
1-3-2- فرآيند مرحله‌اي 8
1-3-3- توليد گام به گام 8
1-4- استراتژي كنترل 8
1-4-1- كنترل حلقه‌باز 9
1-4-2- كنترل پيش خور 9
1-4-3- کنترل حلقه بسته 10
1-5- كنترل‌كننده‌هاي پيوسته 10
1-6- سيستمهاي كنترل متداول 11
1-6-1- سيستم رله‌اي 11
1-6-2- سيستم‌هاي الكترونيكي 12
1-6-3- حافظه 15
1-6-4- ريز پردازنده 16
1-7- کامپيوتر در کنترل 17
فصل دوم: کنترل کننده های قابل برنامه ریزی (PLC) 18
2-1- مقدمه 19
2-2- نگاهي گذرا بر تاريخچه PLC 20
2-3- مقايسه PLC با ساير سيستم‌هاي كنترلي 21
2-4- سخت افزار PLC 23
2-4-1- واحد پردازش مركزي (CPU) 23
2-4-2- حافظه 24
2-4-3- حجم حافظه 25
2-4-4- واحد‌هاي ورودي/خروجي 25
2-4-5- واحد هاي برنامه‌ريزي 27
2-5- انواع سيستم هاي PLC 28
2-5-1- PLCهاي كوچك 28
2-5-2- PLCهاي متوسط 29
2-5-3- PLCهاي بزرگ 30
فصل سوم: مقدمه ای بر زبان برنامه نویسی S5 32
3-1- اشكال مختلف نمايش برنامه‌ها 33
3-1-1- روش نمايش نردباني (LAD) 33
3-1-2- روش نمايش فلوچارتي (CSF) 33
3-1-3- روش نمايش عبارتي (STL) 34
3-2- سيكل زماني اجراي برنامه (Cycle Time) 37
3-3- برنامه نويسي سازمان يافته 38
3-3-1- بلوك هاي برنامه (PB) 38
3-3-2- بلوك هاي ترتيبي (SB) 38
3-3-3- بلوك هاي تابع ساز (FB) 39
3-3-4- بلوك‌هاي اطلاعاتي (DB) 39
3-3-5- بلوك‌هاي سازماندهي (OB) 40
3-4- عملوند‌هاي مورد استفاده در زبان S5 40
3-5- دستورالعمل هاي زبان S5 40
3-5-1- دستورالعمل‌هاي اصلي(Basic) 41
3-5-2- دستورالعمل‌هاي تكميلي(Supplementary) 41
3-5-3- دستورالعمل‌هاي سيستم(System) 41
3-6- خواندن صفر 41
3-7- كنتاكت در حالت عادي باز (NO) 41
3-8- كنتاكت در حالت عادي بسته (NC) 42
3-9- كاربرد پرانتزها در برنامه‌نويسي به روش STL 43
3-10- فلگ يا پرچم 46
3-11- بيت RLO 47
3-12- ست و ري‌ست در فلگ ها و خروجي ها 48
3-13- دستور NOP 0 50
3-14- كانكتور 53
3-15- برنامه‌نويسي يك تشخيص دهندة لبة پالس (Edge Detector) 54
3-16- دستور پرش غير شرطي (JU) 56
3-17- دستور پرش شرطي (JC) 56
3-18- دستور‌هاي بارگذاري و انتقال 57
3-18-1- دستور L 58
3-18-2- دستور T 58
3-19- موارد استفاده از آکومولاتور 59
3-19-1- دستور جمع دو عدد (+F) 59
3-19-2- دستور تفريق (-F) 59
3-20- مقايسه كننده ها (Comparators) 60
3-21- شمارنده ها 64
3-22- تايمرها (Timers) 67
3-22-1- تايمر پله اي (SP) 71
3-22-2- تايمر پله اي گسترده (SE) 72
3-22-3- تايمر با تأخير روشن (SD) 73
3-22-4- تايمر با تأخير خاموش (SF) 74
3-22-5- تايمر تأخير ماندگاري (SS) 75
3-23- دستورهاي اعلام پايان برنامه 77
فصل چهارم: روش برنامه نویسی 79
4-1- روش برنامه نويسي 80
4-2- بلوك هاي اطلاعاتي (DB) 86
4-3- بلوك هاي تابع ساز (FB) 94
4-4- دستورات تكميلي (Supplementary) 98
4-4-1- دستور AW 98
4-4-2- دستور OW 99
4-4-3- دستور XOW 100
4-4-4- دستور CFW 101
4-4-5- دستور CSW 101
4-4-6- دستور SLW 102
4-4-7- دستور SRW 102
4-4-8- دستور I 103
4-4-9- دستور D 103
4-4-10- دستور ADD 104
4-4-11- دستور JZ 105
4-4-12- دستور JN 105
4-4-13- دستور JP 106
4-4-14- دستور JM 106
فصل پنجم: شیوه های کنترل فرایند 108
5-1- كنترل فرآيندها 109
5-1-1- برنامه هاي تركيبي 109
5-1-2-برنامه هاي ترتيبي 109
5-2- دستور DO 115
5-3- ارسال پيام هاي خطا بر روي صفحه نمايش 117
5-4- ساختار برنامه هاي ترتيبي 120
فصل ششم: قابلیت های پیشرفته کنترل کننده های قابل برنامه ریزی 138
6-1- ماژولهاي ورودي/خروجي ديجيتال 139
6-2- ماژول هاي وظايف ويژه 139
6-3- واحدهاي ورودي/ خروجي آنالوگ 140
6-3-1- تبديل آنالوگ به ديجيتال 140
6-3-2- ورودي هاي A/D 140
6-3-3- برنامه ريزي ورودي هاي آنالوگ 141
6-3-4- نقاط توقف 141
6-3-5- كاربردهاي آنالوگ به ديجيتال 142
6-4- ماژول هاي ديجيتال به آنالوگ 142
6-4-1- نحوه عمل 142
6-4-2- كاربردها 143
6-4-3- اطلاعات مربوط به نقايص و وضعيت آنالوگ 143
6-5- ماژول هاي بهسازي سيگنال 143
6-6- توابع كنترل پيوسته 143
6-6-1- ماژول ها PID 144
6-6-2- برنامه ريزي ماژول هاي P I D 145
6-6-3- كاربردهای ماژول هاي كنترلPID 145
6-7- دياگرام هاي گرافيكي و فرآيند نما- اطلاعات متصدي 146
6-8- ورودي/خروجي راه در ارتباطات 148
فصل هفتم: ارتباطات PLC و خودکارسازی 149
7-1- ارتباطات PLC ها 150
7-1-1- استفاده هاي معمول از پورت ها يا درگاه هاي ارتباطيPLC 150
7-1-2- ارتباطات سريال – 232RS و شاخه هاي مشتق شده ازآن 150
7-1-3- الزامات ارتباطات استاندارد 151
7-1-4- فواصل انتقال 152
7-1-5- حلقه جريان mA۲۰ 153
7-1-6- 422RS و 423RS 153
7-2- كنترل جريان داده 153
7-2-1- پروتكل براي انتقال 154
7-3- داده هاي ارسال شده از طريق خطوط ارتباطي PLC 154
7-4-ارتباطات بين چند PLC 155
7-5- شبكه هاي محلي 156
7-6- كنترل توزيع شده 157
7-6-1- محدوده نيازها 157
7-6-2- پيكربندي هاي شبكه ها 157
7-6-3- دسترسي و كنترل كانال‌ 158
7-6-4- پروتكل ها 158
7-7- استانداردهاي شبكه – MAP , IEEE , ISO 159
7-7-1- I S O – اتصال داخلي سيستم هاي باز 159
7-7-2-GMMAP نگاهي به مشخصات 159
7-7-3- مقايسه با اترنت 160
7-7-4- اجراي استاندارد MAP 160
7-7-5- MAP در ارتباطات سطح كارخانه اي و سيستم هاي باز 160
7-7-6- كارآيي MAP 160
7-7-7- شبكه هاي انحصاري PLC 161
7-7-8- ماژول هاي واسط شبكه (NIM) 161
7-7-9- شبكه هاي محلي تطبيق پذير 162
منابع و مراجع 163

فهرست اشکال

شکل 1-1- بخش های سیستم کنترل 2
شکل 1-2- سیستم کنترل آنالوگ 6
شکل 1-3- سیستم کنترل دودویی 7
شکل 1-4- فرآیند پیوسته 7
شکل 1-5- نمای کلی استراتژی کنترل 8
شکل 1-6- استراتژی کنترل حلقه باز 9
شکل 1-7- سیستم کنترل پیش خور 10
شکل 4-1- فلوچارت چراغ راهنمایی 82
شکل 4-2- نمايش شماتيكي بلوك استاندارد FB 242 95
شکل 5-1- ساختار برنامه های ترتیبی 121
شکل 5-2- اجراي مرحله به مرحله برنامه ترتيبي 122
شکل 5-3- ساختار يک کنترل کننده ترتيبي 122
شکل 5-4- نمونه بک برنامه ترتيبي با سه مرحله و چگونگي ست و ري ست شدن هريک از مراحل 123
شکل 5-5- شبيه ساز كنترل سطح مايع مخزن 124

منابع و مراجع

1- وارناک، یان. ترجمه: دکتر سید علی اکبر صفوی، مهندس حسین شجاعی. 1383. عملکرد و کاربردهای PLC در اتوماسیون صنعتی. انتشارات نص.
2- قابوسی، فربد. 1381. مرجع کامل PLC. انتشارات آفرنگ.
3- سبز پوشان، حجت. 1377. PLC کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی. انتشارات دانشگاه علم و صنعت.