انواع PLC ها

در مقالات قبلی با ماهیت کنترلرهای منطقی و زبان های استاندارد برنامه نویسی آن ها آشنا شدیم اکنون به آشنایی با انواع PLC ها می‌پردازیم. به صورت کلی کنترلرهای منطقی از نظر ساختار و توانایی در 4 گروه کامپکت، ماژولار، رک و مینی پی ال سی ساخته می شوند. هر یک از این گروه ها دارای ویژگی های خاصی بوده و از نظر قیمت با یکدیگر متفاوت هستند. همانطور که می دانیم گام اول در طراحی سیستم های خودکار انتخاب کنترلر مناسب است. این کنترلر باید توانایی انجام وظایف فعلی و ظرفیت توسعه های احتمالی را داشته باشد. توسعه های بعدی می تواند به صورت نرم افزاری، افزایش ورودی ها و خروجی ها، ارتباط با دیگر تجهیزات و غیره باشد. در ادامه بیشتر با گروه های اصلی کنترلرها آشنا شده و ویژگی های انواع PLC ها را بیشتر بررسی می کنیم.

کامپکت Compact

کلمه کامپکت به معنی فشرده بوده در در کنترلرها به مفهوم قرارگیری هر سه بخش تغذیه، پردازش گر CPU و ورودی خروجی ها IO در یک قالب است. به عبارت دیگر کنترلرهای منطقی کامپکت به صورت یکپارچه تولید شده و اصطلاحا Onboard هستند. تعداد ورودی خروجی در این نوع PLC ها محدود بوده و برای پروژه های متوسط مناسب هستند. از مزایا و معایب پی ال سی های کامپکت می توان به موارد زیر اشاره کرد:

مزایا:

• وجود هر هر سه بخش کنترلر یعنی CPU، ورودی و خروجی و منبع تغذیه در یک قاب بدون نیاز به تجهیزات اضافی
• قیمت پائین در مقایسه با مدل‌های ماژولار و رک

معایب:

• قابلیت محدود توسعه
• نیاز به تعمیر یا تعویض کامل در صورت آسیب به بخش های داخلی مانند ورودی ها، خروجی ها، پردازنده و غیره

در این ویدیو دو مدل از پی ال سی های کامپکت شرکت امرن را بررسی می کنیم. این ویدیو برگرفته از دوره جامع لوگو 8 زیمنس است:

در تصویر زیر، یکی از CPU های کامپکت شرکت زیمنس، سری S7_300 را مشاهده می‌کنید.

ماژولار Modular

پی‌ال‌سی های ماژولار، یکی دیگر از انواع PLC ها هستند. کلمه ماژول چندین معنی داشته ولی به صورت کلی در خصوص قطعات استاندارد به کار می رود. به عبارت دیگر ماژول یک بخش یا قطعه استاندارد است که می تواند جهت ایجاد یک ساختار پیچیده تر استفاده شود. عبارت ماژولار در کنترلرهای منطقی به معنی جدا بودن بخش های تغذیه، پردازنده، ورودی، خروجی و غیره است. انتخاب ماژول های پی ال سی در خانواده ماژولار بسیار شبیه به انتخاب قطعات برای مونتاژ کیس کامپیوتر است. در این نوع PLC باید بخش های استاندارد مانند منبع تغذیه، پردازنده CPU، انواع ورودی خروجی IO و غیره به صورت جداگانه انتخاب شده و در نهایت به یکدیگر متصل شوند.

مدل ماژولاتور بر خلاف سری کامپکت از بخش های جداگانه تشکیل شده که توسط کاربر در کنار هم قرار داده می شوند. این ساختار به شما قابلیت انتخاب پردازنده، کارت های مختلف ورودی، خروجی، مودم و غیره را بر اساس نیازمندی های پروژه می دهد. تصور کنید در یک بخش از پروژه تنها به ورودی های آنالوگ نیاز داشته و مایل هستند مقادیر اندازه گیری شده را از طریق شبکه منتقل کنید. در این حالت استفاده از مدل کامپکت منطقی نبوده و می توانید از یک CPU و چند کارت آنالوگ استفاده کنید. این قابلیت در خصوص ورودی خروجی های دیجیتال نیز صادق است. کنترلرهای منطقی ماژولار یک انتخاب هوشمندانه در پیاده سازی سیستم های صنعتی بزرگ با تعداد ورودی خروجی زیاد است. در تصویر زیر CPU مدل ماژولار شرکت زیمنس، سری S7_300 را مشاهده می‌کنید.

ازجمله مزایای پی ال سی های ماژولار در مقایسه با مدل های کامپکت می توان به این موارد اشاره کرد:

• مقیاس‌پذیری یا Scalability: با انتخاب و اضافه کردن ماژول های توسعه می توان قابلیت مقیاس پذیری یا Scalability کنترلر منطقی را افزایش داد. این امر در سری کامپکت محدود تر از ماژولاتور است.
• تعداد ورودی خروجی یا Number of input and output: قابلیت اضافه کردن تعداد ورودی و خروجی در مدل ماژولاتور بسیار بیشتر از پی‌ال‌سی های کامپکت است.
• تشخیص خطای آسان یا Easier Fault Detection: عیب یابی در سخت افزار مدل ماژولاتور ساده تر از نوع کامپکت است. علت این سادگی جدا بودن ماژول ها و قابلیت تعویض و تست آن ها است.
• تعمیرات آسان: با مشخص شدن ماژول معیوب می توان آن را سریعا جایگزین کرده و سیستم را مجدد راه اندازی کرد. این قابلیت هزینه و زمان تعمیرات را کاهش می دهد. در نظر داشته باشید که با معیوب شدن یک کنترل کننده ی منطقی کامپکت کل پروسه تا تعمیر یا تعویض آن متوقف خواهد شد.

این نوع PLC ها دارای معایب زیر هستند:

• کنار هم قرار دادن ماژول ها به معنی ایجاد ارتباط الکتریکی و دیتا است. عبور جریان از هر کارت به منطور تغذیه کارت های دیگر باعث افزایش دما در کنترل کننده خواهد شد.
• کارت ها یا ماژول ها باید با ترتیب خاصی در کنار CPU قرار بگیرند. در این حالت امکان قرار دادن فضای خالی بین ماژول ها وجود ندارد.
• در صورت بروز عیب در یک ماژول؛ امکان قطع تغذیه و ارتباط ماژول های بعد از آن با CPU بسیار بالا است.
• به منظور تعویض ماژول ها باید کنترل کننده خاموش شود. این کار به معنی توقف کار تا پایان تعمیرات یا توسعه است.

در تصویر زیر نحوه قرار گرفتن ماژول های ورودی خروجی در کنار CPU و منبع تغذیه را مشاهده می کنید. این کار باید به صورت پیوسته انجام شده و نمی توان بین ماژول ها از فضای خالی استفاده کرد. در ضمن نحوه قرار گیری ماژول های آنالوگ، دیجیتال، کارت های دما و غیره بسیار مهم بوده و هر چیدمانی قابل قبول نیست.

در این ویدئو که برگرفته از دوره جامع لوگو زیمنس است، پی ال سی ماژولار دلتا سری DVP  را بررسی می کنیم:

رک Rack

پی‌ال‌سی های رک از دیگر انواع PLC ها هستند. یکی از مفاهیم رک وجود چهار چوب برای نگه داری یا ذخیره سازی چیز ها است. در کنترلرهای منطقی عبارت رک به یک بخش از سخت افزار اشاره می کند که ماژول های مختلف روی آن قرار می گیرند. در واقع بخش های پردازنده، ورودی، خروجی و غیره در پی ال سی های رک نیز به صورت ماژولار ساخته می شوند ولی نحوه ارتباط آن ها با یکدیگر متفاوت است. در مدل رک ماژول ها از نظر فیزیکی به یکدیگر متصل نشده و روی یک شاسی قرار می گیرند. رک در این سری از کنترلر ها شبیه به ستون فقرات سیستم بوده باعث یکپارچگی کل سیستم می شود.

در پی ال سی های رک یک صفحه با شیارهای مختلف وجود داشته که کارت ها به صورت عمودی روی آن نصب می شوند. با این کار ارتباط کارت ها با منبع تغذیه و CPU انجام شده و نیازی به اتصالات اضافی نیست. در واقع در این نوع PLC ها، ماژول ها به جای اتصال سری به یکدیگر روی یک شاسی قرار می گیرند. با توجه به برقراری ارتباط و تغذیه ی ماژول ها از طریق رک می توان کارت ها را به سادگی جابجا کرد. طبق تصویر زیر در این حالت می توان از فضای خالی بین ماژول ها نیز استفاده کرد. بر خلاف کنترلرهای منطقی ماژولار این کار باعث اختلال در عملکرد سیستم رک نخواهد شد. یکی دیگر از مزایای ویژه مدل رک قابلیت استفاده از دو CPU در کنار یکدیگر است. در این نوع PLC با معیوب شدن یکی از CPU ها بالافاصله پردازنده دوم وارد عمل شده و وظایف سیستم بدون قطعی ادامه پیدا خواهد کرد. این مدل هزینه بالایی داشته و در سیتسم های بسیار حساس استفاده می شود.

ازجمله مزایای مدل رک نسبت به دیگر انواع PLC ها:

• امکان استفاده از ورودی و خروجی (I/O یا input and output) بسیار بالا
• شناسایی و تعویض ساده ماژول معیوب
• عدم وابستگی ماژول ها از نظر تغذیه و ارتباط به یکدیگر
• قابلیت تعویض کارت یا ماژول ها حتی در لحظه‌ی کار
• وجود باس تغذیه و اطلاعات در رک و کاهش حرارت نسبت به مدل های دیگر

بزرگترین عیب این نوع PLC ها قیمت بالای آن ها نسبت به دیگر پی‌ال‌سی ها است.

در نظر داشته باشید که از پی‌ال‌سی های رک در محیط‌های صنعتی حساس با تعداد ورودی خروجی بسیار بالا استفاده می‌شود. در تصویر زیر نمونه‌ایی از رک های UR زیمنس را مشاهده می‌کنید. این نوع PLC ها در محصولات شرکت زیمنس به S7_400 معروف هستند. به طور کلی رک‌های زیمنس به سه دسته ی زیر تقسیم می‌شوند:

• Universal Rack یا UR
• Central Rack یا CR
• Extension Rack یا ER

مینی پی ‌ال‌ سی ها (Mini PLCs)

یکی دیگر از انواع PLC ها نیز، مینی PLC ها هستند. مینی پی ال سی ها به صورت کامپکت ساخته شده و کوچکترین عضو از خانواده کنترل کننده های منطقی هستند. مینی پی‌ال‌سی در مقایسه با دیگر انواع کنترلرهای منطقی دارای محدودیت هایی بوده و در اتوماسیون صنایع کوچک، هوشمند سازی منازل و غیره استفاده می شود. در واقع اگر بخواهیم کنترل‌کننده‌های منطقی برنامه‌پذیر را بر اساس توانایی دسته‌بندی کنیم، مینی پی‌ال‌سی‌ها در دسته‌ی جداگانه قرار خواهد گرفت. همانطور که شرح داده شد از پی‌ال‌سی‌ها برای کنترل فرآیندهایی پیچیده با تعداد ورودی و خروجی‌های بالا استفاده می‌شود. به لطف وجود مینی کنترلرها دیگر نیاز به صرف هزینه بالا جهت تهیه پی‌ال‌سی در اتوماسیون فرایندهای کوچک وجود ندارد.

در صنعت برند های گوناگونی از مینی پی‌ال‌سی های وجود دارد اما تقریبا همه آن ها دارای ساختمان یکسانی هستند. از تفاوت های اصلی این کنترلرهای کوچک می توان به شکل ظاهری و نحوه برنامه ریزی آن ها اشاره کرد. ازجمله مینی پی ال سی‌های شناخته شده در صنعت می‌توان به ZEN از شرکت OMRON و LOGO از شرکت زیمنس اشاره کرد. در تصویر زیر مینی پی‌ال‌سی لوگوی شرکت زیمنس را مشاهده می‌کنید. اطلاعات بیشتر در خصوص این نوع PLC را می توانید در مقاله های مینی پی ال سی چیست و معرفی کامل مینی پی ال سی LOGO مطالعه کنید.