پروژه کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر
پروژه دوره كارشناسي
رشته برق- الكترونيك
كنترل چيست؟
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.
1-1- خودكارسازي (اتوماسيون)
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.
كنترل اتوماتيك
هر سيستم کنترل را به سه بخش اصلي مي توان تقسيم كرد: ورودي، بخش پردازشگر و خروجي.
وظيفه بلوك پردازشگر يا كنترل‌گر، تهيه خروجي به شكل و اندازه دلخواه از سيگنال‌هاي متفاوت ورودي مي‌باشد.
روش‌هاي مختلفي براي اجراي توابع كنترلي جهت به دست آوردن خروجي‌هاي مشابه از ورودي هاي يكسان موجود مي‌باشد كه مي توان از آن به عنوان بلوك كنترل استفاده كرد. همچنين در كنترل يك سيستم توسط يك اپراتور از نوع انساني، اپراتور، هم‌ارز بلوك كنترل‌گر يا بخش پردازشگر است. زيرا اين اپراتور است كه مي داند چه خروجي دلخواهي مورد نياز است، بنابراين بطور بصري يا بوسيلة وسايل اندازه‌گيري در حال اندازه‌گيري و قرائت مداوم متغير‌هاي مربوطه، يعني ورودي‌ها مي‌باشد و بسته به اطلاعات بدست آمده، عكس العمل لازمه را نشان خواهد داد و مقادير پيش داده بلوك كنترل را تغيير خواهد داد تا خروجي دلخواه حاصل شود.
ورودي‌ها
سيگنال‌هاي ورودي معمولاً توسط مبدل‌هاي (Transducer) مختلفي كه كيفيت‌هاي فيزيكي را به سيگنال‌هاي الكترونيكي تبديل مي‌كنند فراهم مي‌شوند. اين مبدل‌ها مي‌توانند يك كليد فشاري ساده، ترموستات يا كشش سنج و غيره باشند همگي آنها اطلاعات مربوط به كميت اندازه‌گيري شده را به بخش پردازشگر انتقال مي دهند. بسته به نوع مبدل استفاده شده اين اطلاعات مي توانند به صورت دودويي (ديجيتال) يا پيوسته (آنالوگ) باشند كه به عنوان كميت ورودي ارائه مي‌شوند.
خروجي‌ها
چنانچه قرار باشد كه يك سيستم كنترل بر طريقة عملكرد يك فرآيند، دخالت و تسلط داشته باشد، بايستي قادر به تغيير عناصر كليدي يا كميت هاي مهم فرآيند باشد. اين كار با استفاده از المان‌هاي خروجي از قبيل پمپ‌ها، موتور‌ها، پيستون‌ها، رله‌ها و غيره تحقق مي پذيرد. اين المان‌ها، سيگنال‌هاي سيستم كنترل را به ديگر كميت‌هاي مورد نياز، تبديل مي‌كنند. به عنوان مثال، يك موتور، سيگنال‌هاي الكتريكي اخذ شده از سيستم كنترل را به حركت دوراني تبديل مي‌كند. به بيان ديگر المان‌هاي خروجي نيز به گونه‌اي، نوعي از مبدل‌ها مي باشند. همانند مبدل‌هاي ورودي، المان‌هاي خروجي نيز مي توانند واحدهاي ساده دودويي و يا متغير‌هاي پيوسته در حوزه تغييري بين حالت كاملاً خاموش تا كاملاً روشن (آنالوگ) باشند.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول مقدمه‌اي بر علم كنترل و مفاهيم منطقي
1-1- خود كارسازي (اتوماسيون)………………. 2
كنترل اتوماتيك…………………………… 3
ورودي ها ……………………………….. 4
خروجي‌ها ………………………………… 5
بخش پردازشگر يا بلوك كنترل ……………….. 5
1-2- سيستم‌هاي ديجيتال و آنالوگ…………….. 7
كنترل آنالوگ…………………………….. 8
كنترل ديجيتال …………………………… 9
1-3- انواع فرآيندهاي صنعتي………………… 10
فرآيندهاي پيوسته ………………………… 10
فرآيندهاي مرحله‌اي ……………………….. 11
توليد گام به گام…………………………. 11
1-4- استراتژي كنترل ……………………… 12
كنترل حلقه باز…………………………… 12
كنترل پيش خور……………………………. 13
كنترل حلقه بسته………………………….. 14
1-5- كنترل كننده‌هاي پيوسته………………… 15
1-6- سيستم‌هاي كنترل متداول………………… 16
سيستم‌هاي رله‌اي…………………………… 16
سيستم‌هاي الكترونيكي………………………. 18
حافظه ………………………………….. 21
ريزپردازنده …………………………….. 24
1-7- كامپيوتر در كنترل …………………… 25
فصل 2 كنترل كننده‌هاي قابل برنامه‌ريزي (PLC)
2-1- مقدمه………………………………. 27
2-2- نگاهي گذرا بر تاريخچه PLC……………… 28
2-3- مقايسه PLC با ساير سيستم‌هاي كنترلي……… 31
2-4- سخت افزار PLC………………………… 33
واحد پردازش مركزي (CPU)…………………… 34
حافظه ………………………………….. 35
حجم حافظه……………………………….. 38
واحدهاي ورودي و خروجي ……………………. 39
واحدهاي برنامه‌ريزي……………………….. 43
2-5- انواع سيستم‌هاي PLC……………………. 44
PLC هاي كوچك…………………………….. 45
PLC هاي متوسط …………………………… 46
PLC هاي بزرگ…………………………….. 47
فصل 3 مقدمه‌اي بر زبان برنامه‌نويسي S5
3-1- اشكال مختلف نمايش برنامه……………… 52
روش نمايش نردباني ……………………….. 52
روش نمايش فلوچارتي ………………………. 53
روش نمايش عبارتي ………………………… 54
3-2- سيكل زماني اجراي برنامه………………. 57
3-3- برنامه‌نويسي سازمان يافته……………… 58
بلوك‌هاي برنامه (PB) ……………………… 59
بلوك‌هاي ترتيبي (SB)………………………. 59
بلوك‌هاي تابع ساز (FB) ……………………. 60
بلوك‌هاي اطلاعاتي (DB)……………………… 61
بلوك‌هاي سازماندهي (OB)……………………. 61
3-4- عملوند هاي مورد استفاده در زبان S5 …….. 62
3-5- دستور العمل‌هاي زبان S5 ……………….. 62
دستور العمل‌هاي اصلي ……………………… 62
دستور العمل‌هاي تكميلي…………………….. 63
دستور العمل‌هاي سيستم……………………… 63
3-6- خواندن صفر………………………….. 63
3-7- كنتاكت در حالت عادي باز ……………… 64
3-8- كنتاكت در حالت عادي بسته……………… 64
3-9- كاربرد پرانتز ها در برنامه نويسي به روش STL 66
3-10- فلگ يا پرچم………………………… 68
3-11- بيت RLO……………………………. 70
3-12- ست وري ست در فلگ‌ها و خروجي‌ها…………. 70
3-13- دستور NOP 0 ………………………… 73
3-14- كانكتور……………………………. 76
3-15- برنامه‌نويسي يك تشخيص دهندة لبه پالس…… 77
3-16- دستور پرش غير شرطي………………….. 79
3-17- دستور پرش شرطي……………………… 79
3-18- دستورهاي بارگذاري و انتقال ………….. 80
دستور L ………………………………… 81
دستور T ………………………………… 82
3-19- موارد استفادة آكومولاتور……………… 83
دستور جمع دو عدد…………………………. 83
دستور تفريق……………………………… 84
3-20- مقايسه كننده‌ها……………………… 84
3-21- شمارنده‌ها………………………….. 88
3-22- تايمرها……………………………. 92
تايمر پله‌اي (SP)…………………………. 96
تايمر پله‌اي گسترده (SE)…………………… 97
تايمر با تأخير روشن (SD) …………………. 98
تايمر با تأخير خاموش (SF)…………………. 99
تايمر با تأخير ماندگاري (SS)……………… 100
دستورهاي اعلام پايان برنامه ……………… 101
فصل 4 روش برنامه نويسي
4-1- روش برنامه‌نويسي…………………….. 105
4-2- بلوك‌هاي اطلاعاتي (DB) ………………. 112
4-3- بلوك‌هاي تابع ساز (FB)……………….. 119
4-4- دستورات تكميلي …………………….. 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 شيوه‌هاي كنترل فرآيند
5-1- كنترل فرآيند……………………….. 136
برنامه‌هاي تركيبي ………………………. 136
برنامه‌هاي ترتيبي ………………………. 136
5-2- دستور DO………………………….. 144
5-3- ارسال پيام‌هاي خطا بر روي صفحه نمايش ….. 145
5-4- ساختار برنامه‌هاي ترتيبي …………….. 148
فصل ششم قابليت هاي پيشرفته كنترل كننده‌هاي قابل برنامه‌ريزي
6-1- ماژول هاي ورودي/خروجي ديجيتال………… 170
6-2- ماژول‌هاي وظايف ويژه ………………… 170
محدودة وظايف ماژول‌ها……………………. 171
6-3- واحدهاي ورودي/خروجي آنالوگ…………… 172
تبديل آنالوگ به ديجيتال ………………… 172
ورودي‌هاي A/D……………………………. 173
برنامه‌ريزي ورودي هاي آنالوگ……………… 173
نقاط توقف……………………………… 174
كاربردهاي آنالوگ به ديجيتال …………….. 175
6-4- ماژول‌هاي ديجيتالي به آنالوگ………….. 175
نحوه عمل ……………………………… 176
كاربردها ……………………………… 176
اطلاعات مربوط به نقايص و وضعيت آنالوگ……… 177
6-5- ماژول‌هاي بهسازي سيگنال………………. 177
6-6- توابع كنترل پيوسته………………….. 178
ماژول‌هاي PID……………………………. 179
برنامه‌ريزي ماژول‌هاي PID………………….. 180
ماژول‌هاي كنترل – PID كاربردها ……………. 181
6-7- دياگرام هاي گرافيكي و فرآيندنما………. 181
تأثير بر روند اجراي فرآيند………………. 183
برنامه‌ريزي نمودارهاي فرآيند نماي پروسة……. 184
6-8- ورودي/خروجي راه در ارتباطات………….. 185
فصل هفتم ارتباطات PLC و خود كارسازي
7-1- ارتباطات PLCها …………………….. 188
استفاده‌هاي معمول از پورت‌ها يا در گاه‌هاي ارتباطي PLC 188
ارتباطات سريال – RS232 و شاخه‌هاي مشتق شده از آن 189
الزامات ارتباطات استاندارد ……………… 190
فواصل انتقال ………………………….. 191
حلقه جريان 20MA ………………………… 192
RS 422 – RS423 …………………………… 193
7-2- كنترل جريان داده …………………… 193
پروتكل براي انتقال …………………….. 194
7-3- داده‌هاي ارسال شده از طريق خطوط ارتباطي PLC 195
7-4- ارتباطات بين چند PLC ……………….. 196
7-5- شبكه‌هاي محلي ………………………. 197
PLC ها و شبكه ها ……………………….. 198
7-6- كنترل توزيع شده ……………………. 198
محدوده نيازها …………………………. 199
پيكر بندي هاي شبكه ها…………………… 199
دسترسي و كنترل كانال …………………… 200
پروتكل ها …………………………….. 200
7-7- استانداردهاي شبكه – ISO،. IEEE، MAP……. 201
ISO – اتصال داخلي سيستم‌هاي باز …………… 201
GMMAP نگاهي به مشخصات ………………….. 202
مقايسه با اينترنت………………………. 203
اجراي استاندارد MAP…………………….. 203
MAP در ارتباطات سطح كارخانه‌اي و سيستم هاي باز 204
كارايي MAP ……………………………. 204
شبكه‌هاي انحصاري PLC …………………….. 205
ماژول‌هاي واسطه شبكه ……………………. 205
شبكه‌هاي محلي تطبيق پذير…………………. 206
فصل هشتم كاربرد PLC
8-1- كاربرد PLC ها در رباتيك……………… 209
كاربرد PLC به عنوان يك كنترل كننده ربات……. 209
كنترل توالي محدود………………………. 210
انعطاف پذيري…………………………… 210
كنترل‌هاي توالي و تركيبي…………………. 210
فصل نهم انتخاب، نصب و راه‌اندازي سيستم‌هاي PLC
9-1- روند طراحي براي سيستم‌هاي PLC ………… 213
9-2- انتخاب يك كنترل كننده قابل برنامه‌ريزي … 213
الزامات ورودي/خروجي ……………………. 214
حافظه و الزامات برنامه‌ريزي ……………… 215
9-3- نصب 216
پروژه کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر