iNetDoc

کامل ترین منبع دانلود مقاله و تحقیق

سیستم کنترلی PLC در صنعت نفت

نوع : word - قیمت :15000 تعداد صفحه : 83

بخشی از تحقیق : 

مقدمه:

 

   امروزه با پیشرفت تکنولوژی حالت جامد و روی کارآمدن ریزپردازنده ها سیستم های کنترل صنعتی نیز دستخوش تحولات چشمگیری گردیده اند به طوری که به جرات  می توان گفت قطعات و تجهیزاتی که اخیراً در مدارهای کنترل فرآیندهای صنعتی به کار برده می شوند، با تجهیزات به کار برده شده در مدارهای حتی پانزده سال گذشته تفاوتهای فراوانی دارند و این تفاوتها عمدتاً ناشی از به کارگیری تجهیزات الکترونیکی  می باشد.

   در کمتر از دو دهه اخیر یکی از زمینه های تحول، کنار گذاشتن مدارهای رله کنتاکتوری و استفاده از کنترل کننده های قابل برنامه ریزی منطقی (PLC) به جای آنها بوده است.

   امروزه طراحان خطوط تولید و ماشین آلات و پروسه های صنعتی تمایل چندانی به استفاده از مدارهای رله کنتاکتوری ندارند و باید گفت، استفاده از مدارهای رله کنتاکتوری در پروسه های صنعتی بزرگ و پیچیده، تقریباً منسوخ گردیده است. به دنبال این تحولات در کشور ما نیز در بسیاری از    کارخانه ها و مراکز صنعتی، به خصوص آنهایی که از سالهای 1980 به بعد نصب و راه اندازی گردیده اند از سیستم های PLC استفاده شده است. همچنین در صنایع قدیمی تر نیز ماشین آلات جدید با کنترل PLC رفته رفته جانشین آنها می گردند. در فصل مقدماتی، یک کنترل کننده منطقی برنامه پذیر (PLC) را تشریح می کنیم. سپس سیر پیشرفت رله های منطقی و سیستمهای رایانه ای تا PLCهای امروزی را بیان خواهیم کرد. علاوه بر آن، برخی مزایا و معایب PLCها را نسبت به سایر سیستمهای کنترل موجود بیان و فهرست می نمائیم. فصل بعد، PLC را مانند یک رایانه کنترل فرایند تشریح می کند. همچنین CPU را همان گونه که در PLCهای کوچک تا بزرگ وجود دارد، بررسی می کند. در قسمت بعد، چهار بخش اصلی تشکیل دهنده هر PLC را بررسی می کنیم. نگاهی به حافظه نیمه هادی، هم از نوع فرار و هم از نوع غیر فرار خواهیم داشت. اجزاء تشکیل دهنده پردازنده و عملکرد آن را بررسی می کنیم. ضمن تحلیل ساختار از حسگرها ورودی/خروجی گسسته (واسطه ها) خواهیم دید که آنها چگونه با استفاده از حسگرها و راه اندازها، دنیای واقعی را به PLC ارتباط می دهند.

 

 

فصل اول

 

1)      تعریف و تاریخچه PLC

  

 PLC مخفف عبارت programmable logic control   به معني كنترل منطقي برنامه ريزي شده است به عبارتي ديگر اين سيستم بر اساس مجموعه اي از صفر و يك هاي منطقي، برنامه نويسي        مي شود. در مدل هاي قديمي، ورود داده ها و اطلاعات و در نهايت پردازش آنها، ساعت ها زمان نياز داشت ولي در نمونه هاي نوين، اين زمان به حداقل كاهش يافته است. كافي است كه فرآيندي آناليز شده و داده هاي مورد نياز به سيتم وارد شود.

در آغاز با حروف اختصاری PC شناخته می شدند. به علت تشابه این نام با حروف اختصاری رایانه شخصی، استفاده از این اختصار، سبب ایجاد اشتباه می شد. بنابراین امروزه پذیرفته شده است که PLC به معنی کنترل کننده برنامه پذیر باشد.

   PLC یک رایانه تخصصی کاربرپسند بر مبنای ریزپردازنده است و توانایی انجام انواع توابع کنترلی در سطوح مختلف پیچیدگی را دارد. PLC می تواند برنامه ریزی و کنترل شود و توسط کاربری که مهارت کار کردن با رایانه ها را ندارد، استفاده شود. کاربر PLC در واقع با کشیدن خطوط و رسم اجزاء، یک نمودار نردبانی را می سازد. نتیجه این ترسیم در رایانه، جایگزین تعداد زیادی از سیم کشیهای خارجی مورد نیاز برای کنترل یک فرآیند می شود. PLC توانایی به کار انداختن هر سیستمی که خروجی اجزای آن به صورت روشن و خاموش عمل کنند، را دارد. همچنین توانایی به کار انداختن هر سیستمی با خروجیهای متغیر، را دارد. PLC در جهت ورودی می تواند توسط اجزای قطع و وصلی یا اجزای با ورودی متغیر، راه اندازی شود.

   اولین سیستمهای PLC با استفاده از رایانه های معمولی در اواخر دهه 1960 و اوایل دهه 1970 پدید آمدند. PLCهای اولیه، اغلب در کارخانه های خودروسازی مورد استفاده قرار می گرفتند. به طور معمول کارخانه های خودروسازی می بایست در هنگام تغییر مدل بیش از یک ماه متوقف می شدند. برای کاهش زمان تغییر مدل، از PLCهای اولیه در کنار تکنیکهای اتوماسیون جدید استفاده می شد. یکی از مراحل زمان بر در این تغییر مدل، سیم کشی رله های جدید یا اصلاح شده و تابلوهای کنترل بود. برنامه ریزی مجدد PLC به وسیله صفحه کلید، جایگزین سیم کشی مجدد تابلو پر از سیم، رله، زمان سنج و سایر اجزاء شد. PLCهای جدید کمک نمودند تا زمان برنامه ریزی مجدد تا حد چند روز کاهش یابد.

   مراحل تغییر برنامه ریزی با رایانه ها و PLCها، در اوایل دهه 1970 یک مشکل مهم داشت. برنامه ها پیچیده بودند و اعمال تغییرات نیاز به برنامه نویس آموزش دیده داشت. در اواخر دهه 1970 اصلاحات زیادی در برنامه نویسی PLCها بوجود آمد و به گونه ای تغییر یافت که کاربر به صورت آسانتری برنامه نویسی نماید. معرفی و ورود ریزپردازنده ها در سال 1978، موجب افزایش قدرت رایانه و تمام سیستمهای کنترل و اتوماسیون گردید و هزینه محاسبات را نیز کاهش داد. در نتیجه، استفاده از روباتها، تجهیزات اتوماسیون، انواع رایانه و همین طور PLC توسعه چشمگیری یافت. برنامه های PLC برای عده بیشتری از مردم، قابل فهم شدند و دسترسی به آن از نظر قیمت نیز مناسبتر گردید.

   در دهه 1980 باافزایش قدرت پردازش رایانه در ازاء هر دلار، کاربرد PLCها به طور نمایی افزایش یافت. برخی از کارخانجات بزرگ الکترونیک و رایانه و تعدادی از واحدهای الکترونیکی کوچکتر دریافتند که تولید PLC، باید قسمت عمده تولید آنها باشد. بازار PLC از حجم 80 دلار در سال 1978 به سقف 1 میلیارد دلار در سال 1990 افزایش یافت و هنوز این بازار در حال رشد است. حتی صنایع ساخت ماشین ابزار که قبلاً از کنترل عددی ـ رایانه ای (CNC) استفاده می کردند، امروزه از PLC استفاده می کنند. PLCها به طور وسیع در ساخت سیستمهای کنترل انرژی و ایمنی نیز به کار می روند. سایر مصارف غیر متعارف PLCها نظیر استفاده در وسایل خانگی و تجهیزات پزشکی، در دهه 1990 و بعد از آن رشد قابل ملاحظه ای داشته است.   فردی که دانش کافی در زمینه رله یا دیجیتال داشته باشد، طی چند ساعت با توابع اصلی PLC آشنا می شود. این توابع ممکن است شامل پیچکها، کنتاکتها، زمان سنجها و شمارنده ها باشند. اما افرادی که با نمودارهای نردبانی یا منطق دیجیتال آشنا نباشند، برای یادگیری به زمان بیشتری نیاز دارند.

   شخصی که از منطق رله اطلاع کافی دارد، ظرف چند روز، با آموزش مناسب، با توابع پیشرفته PLC آشنا می شود. کلاسهای آموزشی شرکت تولید کننده و کتب راهنما  در یادگیری این توابع پیشرفته، بسیار مفید هستند. توابع پیشرفته PLC به ترتیب یادگیری، ممکن است شامل کنترل غلتکی/دنبالگر، دسترسی به بیتهای ثبات و توابع انتقال باشند.

   یک تابلو کنترل قدیمی از نوع رله ای را نشان می دهد که از آن در کنترل فرآیند استفاده می شد. این سیستم حجیم است و دارای سیم بندی، کنتاکتها و رله های بسیار زیادی است که هر کدام می تواند مشکل تعمیر و نگهداری داشته باشد. شکل 1ـ2 یک نمونه PLC را نشان می دهد که جایگزین تابلو رله ای شده و همان کار کنترل منطقی را انجام می دهد. البته سیم بندی به طرف فرایند برای تمام انواع سیستمهای کنترل یکسان است ولی PLC دارای حجم کمتر و قابلیت اطمینان بالاتری است. برای ایجاد تغییراتی در منطق کنترل سیستم، تابلو رله ای باید دوباره سیم بندی شود، در حالی که PLC را سریعاً می توان برای هر تغییری مجدداً برنامه نویسی کرد.

 

 

 

 

 

2)    مزایا و معایب PLC

 

بعضی از مزایای اساسی استفاده از کنترل کننده های برنامه پذیر عبارتند از:

 

 انعطاف پذیری :

 

 در گذشته، هر دستگاه تولیدی مجهز به کنترل الکترونیکی، نیاز به کنترل کننده مخصوص به خود داشت، مثلاً 15 دستگاه تولیدی مجزا، نیاز به 15 کنترل کننده مجزا داشت. امروزه می توان با استفاده از یک نمونه PLC هر یک از آن 15 دستگاه را کنترل کرد. علاوه بر آن ممکن است به کمتر از 15 کنترل کننده PLC نیاز داشته باشید، زیرا هر PLC به آسانی می تواند چندین دستگاه را کنترل کند. هر یک از این دستگاههای کنترل شده با PLC، برنامه به خود را دارند.

   اعمال تغییرات و تصحیح خطاها : در تابلوهای سیم بندی شده از نوع رله ای، هرگونه تغییری در برنامه نیاز به زمان برای سیم بندی مجدد تابلوها و دستگاهها دارد. در صورتی که وقتی مدار برنامه PLC یا ترتیب طراحی تغییر کند، تغییر در برنامه PLC، ظرف چند دقیقه و از طریق صفحه کلید انجام می شود. در سیستمهایی  که با PLC کنترل می شوند، هیچگونه تغییری در سیم بندی مورد نیاز نخواهد بود. بعلاوه اگر نیاز به اصلاح اشتباه برنامه ریزی در نمودار نردبانی کنترل PLC باشد، تغییرات سریعاً تایپ می شوند.

 

 تعداد بسیار زیاد کنتاکتها:

 

هر PLC در قبال یک پیچک، تعداد بسیار زیادی کنتاکت دارد، که در برنامه نویسی آن به کار گرفته می شود. فرض کنید یک رله به کار رفته در تابلو    سیستم بندی شده، چهار کنتاکت داشته باشد که همگی مورد استفاده قرار گرفته اند و اکنون به دلیل تغییر طرح، نیاز به ساختن سه کنتاکت جدید یا بیشتر باشد. در این حالت بدست آوردن و نصب رله جدید، زمان بسیار زیادی نیاز دارد. اما در صورت استفاده از PLC، فقط با تایپ کردن می توان سه کنتاکت جدید ایجاد کرد. این سه کنتاکت به طور خودکار در PLC موجود خواهند بود. در واقع اگر حافظه رایانه اجازه دهد، صدها کنتاکت می توانند از طریق یک رله استفاده شوند.

 هزینه کمتر:

 

توسعه تکنولوژی باعث شده است توابع پیچیده تر در فضایی کوچکتر و با هزینه ای کمتر تحقق یابند. امروزه شما می توانید یک PLC را که شامل تعداد زیادی رله، زمان سنج و شمارنده و یک دنبالگر است، به بهای چندصد دلار بخرید.

   اجرای آزمایشی: یک مدار برنامه ریزی شده با PLC را قبل از استفاده می توان در آزمایشگاه یا اداره آزمایش کرد. برنامه را می توان تایپ، آزمایش و مشاهده نمود و در صورت نیاز، اصلاح و در وقت با ارزش کارخانه صرفه جوئی کرد. در حالی که سیستمهای رله ای سنتی در بهترین حالت در محل کار آزمایش می شوند، که کار بسیار زمان بری است.

 

 نظارت عینی:

 

عملیات مدار PLC در طول فعالیت آن، مستقیماٌ روی صفحه CRT قابل مشاهده است. بنابراین درستی یا نادرستی عملکرد یک مدار در هر لحظه، قابل مشاهده است. مسیرهای منطقی در زمان فعال شدن، روی صفحه مونیتور روشن می گردند و به همین دلیل، عیب یابی آنها نیز به سرعت انجام می شود.

   در سیستمهای PLC پیشرفته، در صورت وقوع هر عیب، می توان پیامی مناسب جهت کاربر در نظر گرفت و برنامه ریزی کرد. این پیام به محض آشکار شدن عیب مربوطه در سیستم PLC، روی صفحه نمایش ظاهر می شود(به عنوان مثال، 'MOTOR #7 IS OVERLOADED'). در PLCهای پیشرفته، ممکن است توضیحاتی در مورد وظیفه هر جزء مدار در نظر گرفته شود. برای مثال، ورودی شماره 1 در روی نمودار، می تواند توضیحی مانند 'CONVERYOR LIMIT SWITCH' داشته باشد.

 

 سرعت عمل:

 

رله ها برای فعال شدن نیاز به زمان غیر قابل قبولی دارند. سرعت عمل برنامه PLC بسیار زیاد است. سرعت عملیات منطقی PLC توسط زمان پوشش تعیین می شود، که این زمان در حدود چند میلی ثانیه است.

روش برنامه نویسی بولی یا نردبانی: برنامه نویسی یک PLC در حالت نردبانی توسط تکنسین یا مهندس برق می تواند انجام شود. همچنین یک برنامه نویس PLC که در سیستمهای کنترل دیجیتال یا بولی کار می کند، نیز می تواند به راحتی عمل برنامه نویسی PLC را نیز انجام دهد.

 

 

 

 

 قابلیت اطمینان و نگهداری:

 

معمولاً قطعات نیمه هادی نسبت به سیستمهای معادل مکانیکی یا رله ها و زمان سنجها از قابلیت اطمینان بیشتری برخوردار هستند. PLC از اجزاء نیمه هادی ساخته می شود که دارای ضرایب اطمینان بسیار زیادی هستند. در نتیجه نگهداری سیستمهای PLC هزینه بسیار کمی دربردارد و زمان از کار افتادن حداقل است.

 

 سادگی قرار گرفتن اجزای سیستم کنترل:

 

 سیستم PLC و تمام اجزای جانبی آن یک جا تحویل داده می شود. یعنی همراه PLC، شمارنده ها، رله ها و سایر اجزاء نیز تحویل داده می شود. در حالی که در طرح یک تابلو کنترل رله ای، ممکن است بیش از 20 رله و زمان سنج مختلف که محصول 12 کارخانه متفاوت هستند، وجود داشته باشد. دریافت همزمان همه این محصولات، نیاز به برنامه ریزی دقیقی دارد. در حالی که PLC یک جا تحویل داده می شود. در سیستمهای رله ای فراموش کردن خرید یک قطعه، به معنی توقف کامل سیستم تا رسیدن آن قطعه است. در سیستم PLC، همیشه یک رله بیشتر در دسترس است و لذا این امکان را به شما می دهد که یک PLC با قدرت محاسباتی اضافی و کافی، داشته باشید.

      

 مستند سازی:

 

در صورت نیاز، چاپ مدار کامل PLC ظرف چند دقیقه امکان پذیر است و به طور کلی احتیاجی به جستجوی مدار PLC در بایگانی پرونده ها نیست. PLC در هر لحظه می تواند مدار واقعی را چاپ کند که برای تابلوهای رله ای کار دشواری است. پرونده چاپ شده توسط PLC، وضعیت مدار در همان لحظه است و برای تایید نیازی به بازبینی و کنترل سیمها ندارد.

 

 امنیت:

 

تا زمانی که قفل سیستم PLC به درستی باز نشود، امکان تغییر در برنامه آن وجود ندارد. در حالی که در سیستمهای رله ای، امکان تغییرات غیرمستند در تابلو کنترل وجود دارد. ممولاً افرادی که در شیفتهای پایانی روز کار می کنند این تغییرات را با دقت در پرونده ها ثبت نمی کنند.

 

 

 

سهولت تغییرات با برنامه نویسی مجدد:

 

از آنجایی که PLCهای را به سهولت می توان مجدداً برنامه ریزی کرد، پردازش پیچیده تولید را می توان انجام داد. مثلاً در صورتی که قطعه B وارد خط مونتاژ شود، در حالی که هنوز قطعه A در حال پردازش است، می توان برنامه خط تولید قطعه B را در ظرف چند ثانیه مجدداً برنامه ریزی نمود.

   این 13 عنوان تعدادی از مزایای عمده استفاده از کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر است. البته با توجه به کاربردهای خاصی که در حال حاضردر برخی صنایع وجود دارد، می توان مزایای دیگری را نیز برشمرد.

   اکنون برخی از معایب یا توجهات خاص در به کارگیری سیستمهای PLC را  برمی شماریم:

  

تکنولوژی جدیدتر:

 

تغییر تفکر پرسنل از سیستمهای نردبانی و رله ای به مفاهیم رایانه ای PLC مشکل است.

  

کاربردهایی با برنامه ثابت:

 

برخی کاربردها، کاربردهای تک منظوره هستند. شاید استفاده از PLC که قابلیتهای برنامه ریزی زیادی دارد، در صورت نیاز نداشتن به آنها، مقرون به صرفه نباشد. نمونه ای از این کاربردها، کنترل کننده های غلتکی/دنبالگر است. برخی از سازندگان تجهیزات، برای کاهش هزینه، هنوز از سیستمهای غلتکی مکانیکی استفاده می کنند. ترتیب کار غلتکها بندرت تغییر می کند بنابراین قابلیت تغییر برنامه ریزی PLCها در اینجا چندان اهمیت ندارد.

 

 ملاحظات محل کار:

 

 برخی پارامترهای محیط کار مانند دمای بالا، ارتعاشات و تداخلات الکترومغناطیسی عواملی هستند که کاربرد PLCها را محدود می کنند.

   عملکرد ایمن در مقابل اشتباه: در سیستمهای رله ای فشردن کلید توقف، برق مدار را قطع می کند و همین طور قطع منبع برق، باعث خاموش شدن سیستم می شود. به علاوه سیستمهای رله ای هنگام وصل مجدد برق، به طور خودکار روشن نمی شوند. البته این موضوع از طریق برنامه نویسی در مورد PLC نیز قابل اعمال است. اما در بعضی از برنامه های PLC ممکن است برای متوقف ساختن یک وسیله، نیاز به اعمال ولتاژ ورودی باشد. این گونه سیستمها، در مقابل اشتباه ایمن نیستند. البته این نقص به افزون رله های حفاظتی به سیستم PLC که در ادامه مورد بررسی قرار می گیرند، رفع  می شود.

   عملکرد مدار ثابت:

 

اگر مدار مورد نظر هرگز نیاز به تغییر نداشته باشد، یک سیستم کنترل ثابت (مانند غلتک مکانیکی) هزینه کمتری نسبت به PLC خواهد شدات. PLCها در جایی که به طور دوره ای در عملیات تغییر ایجاد می شود، از کارآیی بیشتری برخوردارند.

 



نوع فایل : word
اندازه فایل : 83
قیمت : 15000
خرید