مدول منبع تغذیه
منبع تغذیه ولتاژ های مورد نیاز PLC را تأمین می کند. این منبع معمولا از ولتاژهای ۲۴ ولت DC و ۱۱۰ یا ۲۲۰ ولت AC، ولتاژ۵ ولت DC را ایجاد می کند. ماکزیمم جریان قابل دسترسی منطبق با تعداد مدول های خروجی مصرفی است. لازم به ذکر است که ولتاژ منبع تغذیه باید کاملا تنظیـم شده ( رگوله ) باشد. جهت دستیابی به راندمان بالا معمولا از منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می شود. ولتاژ یکه در اکثر PLC ها استفاده می گردد ولتاژبین ۵ تا ۵٫۲ ولت DC است. ( در برخی موارد، منبع تغذیه و واحد کنترل شونده در فاصله زیادی نسبت به یکدیگر قرار دارند بنابراین ولتاژ منبع، ۵٫۲ ولت انتخاب می شود تا افت ولتاژ حاصل از بعد مسافت بین دو واحد جبران گردد. )
برای تغذیه رله ها و محرک ها ( Actuator ) معمولا از ولتاژ ۲۴ ولت DC به صورت مستقیم ( بدون استفاده از هیچ کارت ارتباطی ) استفاده می شود. در برخی موارد نیز از ولتاژ های ۱۱۰ یا ۲۲۰ ولت AC با استفاده از یک کارت رابط به نام Relay Board استفاده می گردد. ( در مورد تغذیه رله ها احتیاج به رگولاسیون دقیق نیست.) در برخی شرایط کنترلی لازم است تا در صورت قطع جریان منبع نغذیه، اطلاعات موجود در حافظه و همچنین محتویات شمارنده ها، تایمرها و فلگ های پایدار، بدون تغییر باقی بمانند. دراین موارد از یک باتری جنس Lithium جهت حفظ برنامه در حافظه استفاده می گردد. به این باتری Battery Back Up می گویند. ولتاژ این نوع باتری ها معمولا ۲٫۸ ولت تا ۳٫۶ ولت می باشد. از آنجایی که این باتری نقش مهمی در حفظ اطلاعات موجود در حلفظه دارد در اکثر PLC ها یک چراغ نشان دهنده تعبیه شده و در صورتی که ولتاژ باتری به سطحی پایین تراز مقدار مجاز ۲٫۸ ولت برسد این نشان دهنده روشن می گردد. این نشان دهنده به Battery Low LED معروف است. در صورت مشاهده روشن شدن این نشان دهنده لازم است که باتری مذکور تعویض گردد. برای تعویض باتری ابتدا به وسیله یک منبع تغذیه، ولتاژ مورد نظر را تأمین و سپس اقدام به تعویض باتری نمود.
واحد پردازش مرکزی ( CPU )
CPU یا واحد پردازش مرکزی در حقیقت قلب PLC است. وظیفه این واحد، دریافات اطلاعات از ورودی ها، پردازش این اطلاعات مطابق دستورات برنامه و صدور فرمان هایی است که به صورت فعال یا غیر فعال نمودن
خروجی ها ظاهر می شود. واضح است که هر چه سرعت پردازش CPU بالاتر باشد زمان اجرای برنامه کمتر خواهد بود.
حافظه ( Memory )
حافظه محلی است که اطلاعات و برنامه کنترل در ان ذخیره می شود. علاوه بر این، سیستم عامل که عهده دار مدیریت کلی PLC است در حافظه قرار دارد. تمایز عملکرد در PLC ها، عمدتا به دلیل برنامه سیستم عامل و طراحی خاص CPU آنهاست. در حالت کلی در PLC ها دو نوع حافظه وجود دارد:
۱- حافظه موقت ( RAM ) که محل نگهداری فلگ ها، تایمرها، شمارنده ها و برنامه های کاربر است.
۲- حافظه دائم ( EPROM , EEPROM ) که جهت نگهداری و ذخیره همیشگی برنامه کاربر استفاده می گردد.
ترمینال ورودی ( Input Module )
این واحد، محل دریافت اطلاعات از فرآیند یا پروسه تحت کنترل می باشد. تعداد ورودی ها در PLC های مختلف، متفاوت است. ورودی هایی که در سیستم های PLC مورد استفاده قرار می گیرند در حالت کلی به صورت زیر می باشند:
الف) ورودی های دیجیتال یا گسسته ( Digital Input ) :
این ورودی ها که معمولأ به صورت سیگنال های صفر یا ۲۴ ولت DC می باشند، گاهی برای پردازش توسط CPU به تغییر سطح ولتاژ نیاز دارند. معمولأ برای انجام این عمل مدول هایی خاص در PLC در نظر گرفته می شود. جهت حفاظت مدارات داخلی PLC از خطرات ناشی از اشکالات بوجود آمده در مدار یا برای جلوگیری از ورود نویز های موجود در محیط های صنعتی ارتباط ورودی ها با مدارات داخلی PLC توسط کوپــل کننده های نوری ( Optical Coupler ) انجام می گیرد. به دلیل ایزوله شدن ورودی ها از بقیه اجزای مدار داخلی PLC، هر گونه اتصال و یا اضافه ولتاژ نمی تواند آسیبی به واحد های داخلی PLC وارد آورد.
ب) ورودی های آنالوگ یا پیوسته ( Analog Input ) :
این گونه ورودی ها در حالت استاندارد ۰ تا۱۰± ولت DC، ۴ تا ۲۰ میلی آمپر و یا ۰ تا ۲۰ میلی آمپر بوده، مستقیمأ به مدول های آنالوگ متصل می شوند. مدول های ورودی آنالوگ، سیگنال های دریافتی پیوسته ( آنالوگ ) را به مقادیر دیجیتال تبدیل نموده، سپس مقادیر دیجیتال حاصل توسط CPU پردازش می شوند.
ترمینال خروجی ( Output Module )
این واحد، محل صدور فرمان های PLC به پروسه تحت کنترل می باشد. تعداد این خروجی ها در PLC های مختلف متفاوت است. خروجی های استفاده شده در PLC ها به دو صورت زیر وجود دارند:
الف) خروجی های دیجیتال یا گسسته ( Digital Output ) :
این فرمان های خروجی به صورت سیگنال های ۰ تا ۲۴ ولت DC بوده که در خروجی ظاهر می شوند، بنابراین هر خروجی از لحاظ منطقی می تواند مقادیر ” ۰ ” ( غیرفعال ) یا ” ۱ ” ( فعال ) را داشته باشد. این سیگنال ها به تقویت کننده های قدرت یا مبدل های الکتریکی ارسال می شوند تا مثلأ ماشینی را به حرکت در آورده یا آن را از حرکت بازدارند. در برخی موارد استفاده از مدول های خروجی دیجیتال جهت رسانیدن سطوح سیگنال های داخلی PLC به سطح ۰ یا ۲۴ ولت DC الزامی است.
ب) خروجی های آنالوگ یا پیوسته ( Analog Output ) :
سطوح ولتاژ و جریان استاندارد خروجی می تواند یکی از مقادیر ۰ تا۱۰± ولت DC، ۴ تا ۲۰ میلی آمپر و یا ۰ تا ۲۰ میلی آمپر باشد. معمولأ مدول های خروجی آنالوگ، مقادیر دیجیتال پردازش شده توسط CPU را به سیگنال های پیوسته ( آنالوگ ) مورد نیاز جهت پروسه تحت کنترل تبدیل می نمایند. این خروجی ها به وسیله واحدی به نام Isolator از سایر قسمت ها ی داخلی PLC ایزوله می شوند. بدین ترتیب مدارات حساس داخلی PLC از خطرات ناشی از امکان بروز اتصالات نا خواسته خارجی محافظت می گردند.
مدول ارتباط پروسسوری ( CP )
ایمن مدول، ارتباط بین CPU مرکزی را با CPU های جانبی برقرار می سازد.
مدول رابط ( IM )
در صورت نیاز به اضافه نمودن واحد های دیگر ورودی و خروجی به PLC یا جهت اتصال پانل اپراتوری و پروگرامر به PLC از این مدول ارتباطی استفاده می شود. در صورتی که چندین PLC به صورت شبکه به یکدیگر متصل شوند از واحد IM جهت ارتباط آنها استفاده می شود. نحوه ارتباط CPU با سایر قسمت های PLC در شکل زیر نشان داده شده است.
تصویر ورودی ها ( PII )
قبــــل از اجـــرای برنامه، CPU وضعیت تمام ورودی ها را بـــررسی و در قسمتی از حــــافظه به نام PII ( Process Image Input ) نگهداری می نماید. جز در موارد استثنایی و تنها در بعضی از انواع PLC، غالبأ در حین اجـــرای برنامه، CPU به ورودی ها مراجعه نمی کند بلکه بــــرای اطلاع از وضعیت هر ورودی به سلـــــول مورد نظر در PII رجـــوع می کند. در برخـــی موارد این قسمت ازحــافظه IIT ( Input Image Table ) نیز خوانده می شود.
تصویر خروجی ها ( PIO )
هرگاه در حین اجرای برنامه یک مقدار خروجی بدست آید، در این قسمت از حافظه نگهداری می شود. جز در موارد استثنایی و تنها در برخی از انواع PLC، غالبأ در حین اجرای برنامه، CPU به خروجی ها مراجعه نمی کند بلکه بـــرای ثبت آخــــرین وضعیت هر خروجی به سلــول مورد نظر در PIO (Process Image Output ) رجوع می کند و در پایان اجرای برنامه، آخرین وضعیت خروجی ها از PIO به خروجـــی های
فیزیـــکی منتقل می گردند. در برخی موارد این قسمت از حـــــافظه را OIT ( Output Image Table ) نیز می گویند.
فلگ ها، تایمرها و شمارنده ها
هر CPU جهت اجرای برنامه های کنترلی از تعدادی تایمر، فلگ و شمارنده استفاده می کند. فلگ ها محل هایی از حافظه اند که جهت نگهداری وضعیت برخی نتایج و یا خروجی ها استفاده می شوند. جهت شمارش از شمارنده ها و برای زمان سنجی از تایمر استفاده می گردد. فلگ ها، تایمر ها و شمارنده ها را لحاظ پایداری و حفظ اطلاعات ذخیره شده می توان به دو دسته کلی تقسیم نمود:
۱- پایدار ( Retentive ) به آن دسته از فلگ ها، تایمرها و شمارنده هایی اطلاق می گردد که در صورت قطع جریان الکتریکی تغذیه، اطلاعات خود را از دست ندهند.
۲- ناپایدار ( Non – Retentive ) این دسته بر خلاف عناصر پایدار، در صورت قطع جریان الکتریکی تغذیه، اطلاعات خود را از دست می دهند.
تعداد فلگ ها، تایمر ها و شمارنده ها در PLC های مختلف متفاوت می باشد اما تقریبأ در تمامی موارد قاعده ای کلی جهت تشخیص عناصر پایدار و ناپایدار وجود دارد.
فرض کنید که در یک نوع PLC خاص تعداد فلگ ها، تایمر ها و شمارنده ها به ترتیب m، n، p باشد. تعداد عناصر پایدار و ناپایدار با یکدیگر برابر است.
بنابراین تعداد این عناصر به ترتیب و و می باشد. المان هایی که شماره آنها از مقادیر نصف یعنی و و کوچکتر باشد پایدار و بقیه، عناصر ناپایدار هستند. به طور کلی می توان گفت که نیمه اول این عنــاصر، پایدار و نیمه دوم نــاپایدار می باشد. فرض کنید که در یک نوع PLC، ۱۶ شمارنده ( C0 – C15 ) تعریف شده باشد بنا بر قاعده مذکور شمارنده های C0 – C7 همگی پایدار و شمارنده های C8 – C15 ناپایدار می باشند.
انبارک یا آکومولاتور ( ACCUM )
انبارک یا آکومولاتور ( Accumulator ) یک ثبات منطقی است که جهت بارگذاری یا به عبارت دیگر Load نمودن اطلاعات استفاده می گردد. از این ثبات جهت بارگذاری اعداد ثابت در تایمر ها، شمارنده ها، مقایسه گر هاو… استفاده می شود.
گذرگاه عمومی ورودی/ خروجی ( I/O Bus )
همان گونه که قبلأ ذکر شد وظیفه پردازش اطلاعات در PLC بر عهده CPU است. بنابراین برای اجرای برنامه بایستی CPU با ورودی ها، خروجی ها، و سایر قسمت های PLC در ارتباط بوده، با آنها تبادل اطلاعات داشته باشد. سیستمی که مرتبط کننده CPU با قسمت های دیگر است BUS نامیده می شود.
این سیستم توسط CPU اداره می شود و در حقیقت علت کاهش چشمگیر اتصالات در PLC به دلیل وجود همین سیستم می باشد. سیستم BUS از سه بخش زیر تشکیل شده است:
۱– باس داده ( Data Bus )
۲– باس آدرس ( Address Bus)
۳– باس کنترل ( Control Bus )
مشخصات سیستم باس بستگی به نوع CPU مورد استفاده و حجم کلی حافظه دارد.
مثلأ برای پردازشگر Z80 باس داده دارای ۸ خط ارتباطی است که ارسال و دریافت هشت بیت یا یک بایت اطلاعات را امکان پذیر می سازد. بنابراین ورودی ها، خروجی ها و حافظه ها بایستی در دسته های هشت بیتی یا یک بایتی سازماندهی شوند.
هر بایت اطلاعات بایستی آدرس منحصر بفرد داشته باشد، هر گاه CPU بخواهد اطلاعاتی را با بایت مخصوصی رد و بدل نماید با استفاده از آدرس منحصر بفرد آن بایت این تبادل اطلاعات امکان پذیر می گردد.
وقتی تمام امکانات CPU با بایت مورد نظر از لحاظ آدرس و خط ارتباطی فراهم شد CPU توسط باس کنترل، جهت حرکت و زمان رد و بدل شدن اطلاعات را سازماندهی می کند.