Saturday, June 16, 2007

توضیح یک واژه :

 

کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی Programmable Logic Controller=PLC

 

مقدمه :

از هنگامیکه سیستم های دیجتال رایج شدند و با آمدن کامپیوتر به عرصه صنعت ؛ روش کنترل فرآیندهای تولیدی نیز دچار تحول شد به این ترتیب که حس کننده های موجود در سایت کمیت هایی مانند دما و فشار و درجه حرارت را حس کرده و به گونه ای پردازش می کنند  که قابل فهم بوسیله سیستم های کامپیوتری باشد . با این حالت استفاده از روشهای آنالوگ قدیمی کاملا منسوخ شده و غیر اقتصادی می شوند .

همین وضعیت  را در صنایع پتروشیمی شاهد هستیم که با وجود هزاران کمیتی که باید لحظه به لحظه کنترل و پردازش شده و پاسخ های مناسب آنها صادر شود و نیز با وجود برنامه هایی چون پایش مداوم دستگاه CM و نظایر آن استفاده از کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی یک ضرورت است .

با توجه به اینکه اغلب واحدهای تولید ما در اینجا  طراحی قدیمی دارند استفاده از کنترل PLC  باید بر روی آنها اجرا شود جزء و.احدهایی که جدیدا احداث شده اند مانند  : MTBE  - PX – و PVC  از واحدهای قدیمی تنها نیروگاه برق یو تی است که بعد از بازسازی از این سیستم های کنترل مدرن در آن استفاده شده است . در اینجا شرح مختصری در مورد PLC  کاربردهای  آن آمده است . با تشکر از دوست گرانمایه و ارجمندم آقای مهندس ظریف که  دراین زمینه صاحب نظر هستند و توضیحات ارزشمندی در این مورد در آخر این متن داده اند .

 

 

پی.ال.سی همانگونه که از نامش پیداست  کنترل کننده ای است که قابل برنامه ریزی است و یک قطعه الکترونیکی است که در سیستم های خودکار صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد از قبیل کنترل ماشین آلات در خط  مونتاژ کارخانه ها . PLC برخلاف کامپیوترهای چند منظوره  به گونه ای طراحی شده است که این امکان را دارد که ترتیب های مختلف ورودی و خروجی را داشته باشد . و در طیف گسترده ای از درجه حرارت کار می کند و در برابر نویز ( نوفه ) الکتریکی مصونیت دارد و در برابر نوسان و لرزش و ضربه مقاوم است .

برنامه هایی که برای کنترل عملکرد ماشین مورد نیاز است در حافظه غیر فرار non-volatile memory و یا حافظه متکی به باطری battery-backed نگهداری می شود .

PLC نمونه ای از سیستم های زمان حقیقی real time system هستند چونکه خروجی آنها باید در پاسخ به شرایط و وضعیت ورودی و در درون یک بازه زمانی within a bounded time صو رت می گیرد. در غیر اینصورت باعث بروز عوارض نامطلوب در عملکرد دستگاه می شود .

 

تفاوت عمده ای که تابلوهای کنترل با PLC با سایر کامپیوترها دارند این است که سیستم های PLC   قادرند شرایط نامساعد ( گردو غبار ؛ رطوبت , گرما و سرما و غیر ه ) را تحمل کنند . و امکاناتی برای  انواع مختلف ورودی ها / خروجی های  دارند . اینها باعث می شوند که PLC  را از حس کننده به عمل کننده متصل کنند .

PLC ها قادرند که سیگنالهای  سوئیچ های حدی limit switches ومتغیر های فرآیندی انالوگ ( مثل درجه حرارت و فشار ) را بخواند وسیستم های پیچیده را به این گونه کنترل و معین کند . از برخی از آنها حتی بعنوان چشم ماشین استفاده می شود . در سمت عمل کننده این PLC  باعث می شوند که مثلا یک موتور الکتریکی یا جک هیدرولیکی یا پنیوماتیکی و یا یک رله مغناطیسی  یا سلونوئید یا یک خروجی آنالوگ را فعال کنند .

ترتیب ورودی / خروجی ممکن است بطور ساده به یک PLC  وصل شوند  و یا اینکه از طریق مدل های ورودی / خروجی متصل به شبکه  کامپیوتر به PLC  متصل شوند .

 

PLC وسیله ای است که بعنوان جایگزینی برای سیستم های خودکاری که صدها یا هزاران رله, تایمرهای دندانه ای

cam timers و ترتیب سنج های استوانه ای drum sequencers مورد استفاده قرار می گیرد .

غالبا می توان از یک PLC  منفرد برای جایگزینی هزاران رله استفاده کرد . کنترا کننده های قابل برنامه ریزی درابتدا برای استفاده در صنایع تولیدی خودکار ( اتوماتیک ) طراحی شدند که در آنها نرم افزار تجدید نظر شده جایگزین طرح های کنترل با سیم کشی مجدد  re-wiring of hard-wired control    شدند که بر اساس تغییر مدل های تولید صورت می گرفت

 

PLCs were invented as replacements for automated systems that would use hundreds or thousands of relays, cam timers, and drum sequencers. Often, a single PLC can be programmed to replace thousands of relays. Programmable controllers were initially adopted by the automotive manufacturing industry, where software revision replaced the re-wiring of hard-wired control panels when production models changed.

 

در ادامه مطالبی را که آقای ظریف نوشته اند می آورم :

 

براي واحدهاي پتروشيمي بندر امام نمي توان به تنهايي از  PLC استفاده نمود.

 

مقايسه اي كوتاه بين  PLC و سيستمهاي  FCS/DCS:

 

براي سيستمهاي كنترلي كه تعداد ورودي خروجي زيادي دارند از سيستمهاي كنترل Distributed Control System (اختصاراً DCS ) و يا تلفيقي از DCS و Fieldbus control System (باعنوان اختصاري FCS ) استفاده مي شود. تفاوتهاي اصلي اين دو سيستم يعني PLC و DCS/FCS  بطور اجمال از اين قرار هستند:

1-  تعداد ورودي خروجيهاي  PLC به نسبت سيستمهاي كنترل DCS محدود تر است. بعبارت ديگر تعداد Input/Output ها ( مخصوصاً  I/O هاي آنالوگ) وقتي زياد شوند استفاده از  PLC، برآورنده همه نيازهاي بهره برداري و تعميراتي نخواهد شد. سيستم كنترل  FCS/DCS سخت افزار و نرم افزار مفصل تر و داراي قابليتهاي بمراتب بيشتري دارد تا بدين ترتيب انعطاف پذير شوند و در هر واحدي با نيازهاي متفاوت، داراي كاربري باشند. با توجه به سخت افزار و نرم افزار مفصل تر، سيستمهاي  FCS/DCS اگر تعداد  I/O ها كم باشند مقرون به صرفه نيست. با اينحال بعنوان مثال بعضي واحدهاي حتي قديمي بندر امام نيز كه بيشتر از 1000 عدد  I/O دارا نيستند نيز يك سيستم  PLC برآورنده تمام نيازها نيست.

 

 

 

2-  پاسخگويي PLC ها معمولاً از نظر زماني نسبت به سيستم هاي كنترل معمول در بازار،  سريعتر و قوي تر است. بنابراين براي پروسه هاي خاصي كه نيازمند سرعت پاسخگويي بيشتري هستند از  PLC استفاده مي شود، بطور مثال براي سيستم كنترل كمپرسورها و يا كنترل Governor از PLC استفاده مي شود.

 

با اينحال بطور مثال در مورد نيروگاهها كه نيازمند پاسخگويي سريع به تغييرات رخ داده شده هستند، سيستم كنترل DCS مخصوصي ساخته مي شود كه نسبت به سيستم كنترلي كه درساير واحدهاي پتروشيمي بكار گرفته مي شود بسيار سريعتر و دقيق تر هستند و البته گران تر. عموماً تغييرات بوجود آمده در پروسه هاي معمول صنايع پتروشيمي در حدود 1 ثانيه است( بعنوان مثال تغييرات درجه حرارت و يا فشار) و سيستم كنترل هاي معمول در بازار توانايي پاسخگويي به تغييرات بين 200 ميلي ثانيه تا 1 ثانيه را دارا هستند.

 

3- سيستمهايي كه كنترل كننده هاي آنها از پيش مشخص شده هستند و بصورت استاندارد در آمده اند، سازندگان اين سيستمها سخت افزار و نرم افزار آن را نيز در مقياس وسيع مي سازند و همراه سيستم ارائه مي دهند تا قيمت كل سيستم كاهش يابد، سيستم كنترل اين سيستم ها معمولاً  PLC هستند مانند دستگاههاي بسته بندي. فروش جداگانه آنها يعني خود دستگاه و سيستم كنترل آن جداگانه، معمولاً مرسوم نيست . اما در مورد  FCS/DCS بدينگونه نيست و شما مي توانيد  License پروسه اي و يا واحد پتروشيمي اي را بخريد و سپس سيستم كنترل آن را نيز از بين سيستم كنترلهاي موجود در بازار انتخاب نمائيد.

 

4- در سيستمهايي كه منطق برنامه و لاجيك مورد استفاده ي آنها جزئي از License كار هستند، اين لاجيك براحتي توسط سازنده در اختيار مشتري قرار نمي گيرد در اينگونه سيستمها معمولاً از PLC استفاده مي شود و سيستم كنترل هم همراه سيستم ساخته شده و آماده در اختيار خريدار قرار مي گيرد تا هم منطق مورد استفاده بطور كامل در اختيار مشتري قرار نگيرد.

 

5-  بحثي تحت عنوان Emergency Shutdown نيز وجود دارد كه به معناي از سرويس خارج كردن بخشي از واحد و يا كل واحد به ترتيب خاص و بصورت ايمن، در صورت بوجود آمدن شرايط خاص، است. براي ESD نيز از  PLC هاي خاصي استفاده مي شود كه هم سريعتر هستند و هم قابليت اطمينان آنها بسيار بالاتر است. بعبارت ديگر با توجه به آنكه بحث ايمني و توقف كامل واحد پيش مي آيد سيستمي كه بايد اين وظيفه را بعهده مي گيرد بايد درجه اطمينان آن بسيار بالاتر باشد. واضح است كه اين  PLC ها نيز از نوع معمول در بازار نيستند و تنها شركتهاي خاصي با رعايت استانداردهاي اجباري آن را توليد مي نمايند. ضمن آنكه بعضي از پروسه هاي خطرناك و حساس نيز هستند  نظير سيستم كنترل نيروگاههاي اتمي كه بايستي داراي درجه اطمينان بسيار بالايي از نظر سيستم كنترل باشند در اينگونه موارد نيز سيستم هاي كنترل فعلي موجود در بازار جوابگو نيستند. اين مبحث يعني  Safety Integrated level(SIL) بسيار پر دامنه است و بنده نيز تخصصي در آن ندارم. اما سيستمهاي PLC وكنترل معمول داراي SIL1 هستند ولي سيستم ESD بايد داراي  SIL3 باشد و ظاهراً سيستم كنترل نيروگاه اتمي داراي  SIL4. در محاسبات آماري SIL ميزان و احتمال خطاي سيستم در مدتي معين را حساب مي كنند

 

6- البته  با پيشرفت تكنولوژي بسياري از شركتهاي سازنده سيستم كنترل به اين سمت پيش رفته اند كه سيستم كنترل آنها قابليت  ESD نيز داشته باشد و براي پروسه هاي حساستر و خطرناكتر نيز قابل استفاده باشد. اين سيستمها  بطور آزمايشي به بازار آمده اند.

 

7- در مجموع مي توان گفت كه PLC موارد كاربرد خاص خود را دارد و  سيستم كنترل  FCS/DCS نيز موارد كاربرد خاص خود را و در هر حال وقتي سيستم بزرگ مي شود بايستي از سيستم كنترل  FCS/DCS استفاده نمود كه نسبت به  PLC كاملتر و انعطاف پذير تر است.

اين موارد را خيلي سريع نوشتم ممكن است كه در مواردي هم خيلي دقيق، بيان نشده باشد.

 

 

                                                                                                                                       باتشكر- مهران ظريف

...............مقدمه و ترجمه از محمد توکلی – خرداد 1386 – ماهشهر – Bipc

منابع :

http://en.wikipedia.org/wiki/Programmable_logic_controller

http://www.tri-plc.com/applications/m-plc2.htm