مبانی مهندسی کنترل

اتوماسیون صنعتی نقش مهمی در بهبود بهره وری و کارایی در صنعت دارد. یکی از مولفه های کلیدی در اتوماسیون صنعتی، پروتکل های ارتباطی هستند که امکان تبادل اطلاعات بین تجهیزات مختلف را فراهم می کنند. در این مقاله به بررسی مهمترین انواع پروتکل های مورد استفاده در اتوماسیون صنعتی و کاربردهای آنها می‌پردازیم.

• معرفی پروتکل Modbus و کاربردهای آن در اتوماسیون صنعتی
• معرفی پروتکل PROFINET و مزایای آن
• تشریح پروتکل EtherNet/IP و نقش آن در ایجاد شبکه‌های صنعتی
• توضیح پروتکل OPC UA و قابلیت‌های بالای آن در انتقال داده
• مقایسه مزایا و معایب انواع پروتکل‌های معرفی شده

پروتکل Modbus Modbus یک پروتکل ارتباطی برای تبادل داده بین تجهیزات مختلف الکترونیکی و صنعتی است. این پروتکل در دهه 70 میلادی توسط Modicon برای ارتباط با PLCهای خودشان طراحی شد. Modbus دو نوع دارد:

1. Modbus Serial: از طریق پورت سریال RS-232 یا RS-485 کار می کند. برای اتصال تجهیزات در فواصل کوتاه مناسب است.
2. Modbus TCP/IP: از طریق اترنت و بر پایه پروتکل TCP/IP کار می کند. برای اتصال دستگاه ها در فواصل دور مناسب است.

مثال: در یک کارخانه، PLCها و سنسورهای مختلف با استفاده از Modbus Serial به یکدیگر متصل شده و اطلاعات را تبادل می کنند. سپس یک دستگاه SCADA با استفاده از Modbus TCP/IP به شبکه متصل شده و داده ها را جمع آوری و نمایش می دهد.

پروتکل PROFINET PROFINET یک پروتکل صنعتی برای ارتباطات مبتنی بر اترنت است که توسط PI (PROFIBUS & PROFINET International) توسعه یافته است. ویژگی های PROFINET عبارتند از:

• سرعت بالای انتقال داده (100 مگابیت بر ثانیه)
• تاخیر انتقال پایین (زیر 10 میلی ثانیه)
• قابلیت انتقال داده‌های زمان‌بندی شده
• سازگاری با استانداردهای اترنت و TCP/IP

مثال: در خط تولید یک کارخانه خودروسازی، PLCها و ماشین‌های مختلف با استفاده از PROFINET به یکدیگر متصل شده‌اند تا بتوانند داده‌ها را به صورت real-time تبادل کنند و بهره‌وری خط تولید افزایش یابد.

پروتکل EtherNet/IP EtherNet/IP یک پروتکل مبتنی بر اترنت است که برای کنترل در زمان واقعی در صنعت طراحی شده است. ویژگی های این پروتکل عبارتند از:

• استفاده از استانداردهای متداول اترنت و TCP/IP
• ترکیب کنترل و ارتباطات در یک شبکه
• سازگاری با تجهیزات مختلف
• پشتیبانی از تبادل داده‌های زمان‌بندی شده

مثال: در یک کارخانه بسته‌بندی، PLCها و سیستم های کنترلی با استفاده از EtherNet/IP اطلاعات را در زمان واقعی به اشتراک می‌گذارند تا فرایند بسته‌بندی به طور دقیق کنترل و هماهنگ شود.

پروتکل OPC UA OPC UA یک پروتکل استاندارد باز برای تبادل داده در سیستم های اتوماسیون صنعتی است که توسط OPC Foundation تدوین شده است. ویژگی های این پروتکل عبارتند از:

• مدل داده منعطف برای تبادل انواع مختلف اطلاعات
• امنیت بالا با استفاده از رمزنگاری و الگوریتم های احراز هویت
• سازگاری با شبکه های مختلف از جمله اینترنت
• توانایی انتقال حجم بالای داده

مثال: در نیروگاهی که شامل تجهیزات متعدد از سازندگان مختلف است، از OPC UA برای اتصال سیستم های کنترل و نظارت و تبادل اطلاعات حیاتی استفاده می شود.

استفاده از هوش مصنوعی برای بهبود عملکرد پی‌ال‌سی

پی‌ال‌سی‌ها (Programmable Logic Controllers) دستگاه‌های کنترلی دیجیتالی هستند که در طیف گسترده‌ای از صنایع، از جمله تولید، اتوماسیون خانگی و اتومبیل‌سازی استفاده می‌شوند. این دستگاه‌ها با استفاده از برنامه‌های کامپیوتری، کنترل فرآیندهای صنعتی را انجام می‌دهند.

در سال‌های اخیر، هوش مصنوعی (AI) به سرعت در حال پیشرفت است و کاربردهای جدیدی در صنایع مختلف پیدا می‌کند. یکی از این کاربردها، استفاده از هوش مصنوعی برای بهبود عملکرد پی‌ال‌سی‌ها است.

چگونه هوش مصنوعی می‌تواند به پی‌ال‌سی‌ها کمک کند؟

هوش مصنوعی می‌تواند به پی‌ال‌سی‌ها در زمینه‌های مختلفی کمک کند، از جمله:

• بهبود دقت و عملکرد: هوش مصنوعی می‌تواند به پی‌ال‌سی‌ها کمک کند تا از داده‌های موجود برای بهبود دقت و عملکرد خود استفاده کنند. به عنوان مثال، هوش مصنوعی می‌تواند برای شناسایی الگوها در داده‌های تاریخی و استفاده از این الگوها برای پیش‌بینی عملکرد آینده پی‌ال‌سی استفاده شود.
• افزایش کارایی: هوش مصنوعی می‌تواند به پی‌ال‌سی‌ها کمک کند تا با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین، فرآیندهای کنترلی را بهینه کنند. به عنوان مثال، هوش مصنوعی می‌تواند برای شناسایی راه‌هایی برای کاهش مصرف انرژی یا بهبود بهره‌وری تولید استفاده شود.
• افزایش قابلیت اطمینان: هوش مصنوعی می‌تواند به پی‌ال‌سی‌ها کمک کند تا با شناسایی و رفع خطاهای احتمالی، قابلیت اطمینان خود را افزایش دهند. به عنوان مثال، هوش مصنوعی می‌تواند برای نظارت بر عملکرد پی‌ال‌سی و تشخیص علائم خرابی استفاده شود.

نمونه‌های استفاده از هوش مصنوعی در پی‌ال‌سی‌ها

در حال حاضر، شرکت‌های مختلفی در حال توسعه راه‌حل‌های مبتنی بر هوش مصنوعی برای پی‌ال‌سی‌ها هستند. برخی از نمونه‌های استفاده از هوش مصنوعی در پی‌ال‌سی‌ها عبارتند از:

• استفاده از هوش مصنوعی برای بهبود دقت کنترل فرآیندهای تولید
• استفاده از هوش مصنوعی برای کاهش مصرف انرژی در کارخانه‌ها
• استفاده از هوش مصنوعی برای بهبود ایمنی در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی

آینده استفاده از هوش مصنوعی در پی‌ال‌سی‌ها

انتظار می‌رود که استفاده از هوش مصنوعی در پی‌ال‌سی‌ها در سال‌های آینده به سرعت افزایش یابد. با پیشرفت فناوری هوش مصنوعی، راه‌حل‌های جدیدی برای بهبود عملکرد پی‌ال‌سی‌ها توسعه خواهد یافت.

سخن آخر

هوش مصنوعی پتانسیل زیادی برای بهبود عملکرد پی‌ال‌سی‌ها دارد. با استفاده از هوش مصنوعی، پی‌ال‌سی‌ها می‌توانند دقیق‌تر، کارآمدتر و قابل اعتمادتر شوند. این امر می‌تواند منجر به بهبود بهره‌وری، ایمنی و کاهش هزینه‌ها در صنایع مختلف شود.

به روز رسانی ۱۱ مرداد ۱۴۰۳:

کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC)

کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) برای کار در زمان بی‌درنگ (Real Time) طراحی شده است، بنابراین می‌تواند به ورودی‌های آنالوگ یا دیجیتال پاسخ دهد و منطق را به صورت قطعی اجرا کند و به موقع بودن و دقت را تضمین کند.

اولین PLC توسط دیک مورلی، مهندس شرکت Bedford and Associates در سال 1968 توسعه یافت. Modicon 084، به این دلیل که هشتاد و چهارمین پروژه Bedford بود، برای جنرال موتورز به عنوان جایگزینی برای سیستم‌های کنترل سخت‌افزاری مبتنی بر رله طراحی و ساخته شد.

Modicon 084 مهم بود زیرا به مهندسان اجازه می‌داد بدون نیاز به سیم‌کشی مجدد اتصالات فیزیکی، ماشین‌آلات را دوباره برنامه‌ریزی کنند. این انعطاف‌پذیری، کنترل ماشین‌آلات را متحول کرد.

PLC یک کامپیوتر صنعتی است که ماشین‌آلات الکترومکانیکی را برای کاربردهای تولیدی کنترل و خودکار می‌کند.

PLC ها برای ارتباط با دستگاه های ورودی و خروجی دیجیتال و آنالوگ طراحی شده‌اند که اطلاعات را از سنسورها و سوئیچ‌ها دریافت می‌کنند و منطق را برای مدیریت حرکت، عملگرها و تولید اجرا می‌کنند.

مانند یک کامپیوتر، PLC دارای یک پردازنده است که مسئول اجرای برنامه‌ای است که به آن دستور می‌دهد چگونه ورودی‌ها را بخواند، منطق را پردازش کند و خروجی تولید کند.

از حافظه دسترسی تصادفی (RAM) برای ذخیره کنترل، برنامه و داده‌های موقت استفاده می‌کند و دارای حافظه فقط خواندنی (ROM) برای جای دادن فیرم‌ویر و سیستم عامل مورد نیاز برای اجرای PLC است.

برنامه‌نویسی PLC بر اساس IEC 61131-3 است که شامل زبان‌های سطح بالاتر مانند نمودار نردبانی، لیست دستورالعمل، متن ساخت‌یافته، نمودار بلوکی و نمودار توالی عملکرد می‌شود.

PLC برای کار در زمان واقعی طراحی شده است، بنابراین می‌تواند به ورودی‌های آنالوگ یا دیجیتال پاسخ دهد و منطق را به صورت قطعی اجرا کند و به موقع بودن و دقت را تضمین کند.

از آنجایی که آنها برای کاربردهای صنعتی تولید می‌شوند، PLC ها شامل سخت‌افزار مقاوم و توانایی تحمل دمای شدید، گرد و غبار یا لرزش در محیط‌های سخت هستند. ماژول‌های ورودی/خروجی اضافی را می‌توان برای گسترش سیستم‌های کنترل مبتنی بر PLC اضافه کرد. این انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری را برای قابلیت‌های تولید فراهم می‌کند.

با رشد فرآیندها، انواع پروتکل‌های ارتباطی مانند Ethernet، Modbus Ethernet، IP Profinet Profibus، پروتکل صنعتی مشترک و EtherCAT توسط PLC ها پشتیبانی می‌شوند که امکان تبادل داده با دستگاه‌ها یا سیستم‌های دیگر از جمله رابط‌های انسان و ماشین (HMI) و سیستم‌های SCADA و همچنین سایر PLC ها را فراهم می‌کند.

علاوه بر نظارت و مدیریت عملیات، کنترل کننده‌های منطقی قابل برنامه ریزی برای انجام عملکردهای اضافی نیز تکامل یافته‌اند.

PLC ها می‌توانند داده‌ها را ذخیره و بازیابی کنند و آنها را برای ثبت داده و گزارش‌دهی در کاربردهای کنترل کیفیت یا ردیابی تولید مناسب می‌سازند. یک PLC همچنین می‌تواند وضعیت خود را کنترل کند و خطاها یا اشتباهات را تشخیص دهد و همچنین اطلاعات تشخیصی برای کمک به عیب‌یابی ارائه دهد.

PLC ها را می‌توان برای پیاده‌سازی عملکردهای ایمنی مانند خاموش شدن اضطراری، قفل‌ها و آلارم‌های ایمنی نیز برنامه‌ریزی کرد. از یک PLC می‌توان برای کنترل خط مونتاژ، مدیریت فرآیندهای صنعتی پیچیده در خودروسازی یا سایر تولیدات گسسته، فرآوری مواد غذایی و تولید مواد شیمیایی استفاده کرد.

PLC مغز اتوماسیون تولید در یک انگیزه است. تولید به PLC ها برای کنترل ربات‌های جوشکاری و غرفه‌های رنگ‌آمیزی و همچنین خطوط مونتاژ متکی است. PLC ها بر پردازش دسته ای، کنترل کیفیت و بسته بندی در غذا و نوشیدنی نظارت دارند. دقت و قابلیت اطمینان آنها اطمینان حاصل می‌کند که دماها ثابت هستند و محصولات را ایمن نگه می‌دارند.

مدل‌های جدید پی ال سی و مزایای آنها

کلمات کلیدی: PLC، مدل‌های جدید PLC، مزایای مدل‌های جدید PLC

خلاصه:

کنترل کننده‌های منطقی برنامه‌پذیر (PLC) ابزارهای ضروری برای کنترل فرآیندهای صنعتی هستند. آنها با استفاده از برنامه‌های نرم‌افزاری، ورودی‌ها و خروجی‌های فیزیکی را کنترل می‌کنند. در سال‌های اخیر، مدل‌های جدید PLC با ویژگی‌ها و مزایای جدید به بازار عرضه شده‌اند. در این مقاله، به بررسی برخی از این مدل‌های جدید و مزایای آنها خواهیم پرداخت.

PLC ها در طیف گسترده‌ای از صنایع استفاده می‌شوند، از جمله تولید، بسته‌بندی، حمل و نقل و بهداشت. آنها می‌توانند برای کنترل فرآیندهای ساده یا پیچیده استفاده شوند.

مدل‌های جدید PLC دارای ویژگی‌های و مزایای جدیدی نسبت به مدل‌های قدیمی هستند. برخی از این ویژگی‌ها عبارتند از:

• قابلیت شبکه‌سازی: مدل‌های جدید PLC می‌توانند به شبکه‌های صنعتی متصل شوند. این امکان را می‌دهد تا آنها با سایر دستگاه‌ها و سیستم‌ها ارتباط برقرار کنند و داده‌ها را به اشتراک بگذارند.
• قابلیت برنامه‌نویسی آسان: مدل‌های جدید PLC دارای رابط‌های کاربری گرافیکی (GUI) هستند که برنامه‌نویسی را آسان می‌کنند. این امر به ویژه برای کاربرانی که تجربه زیادی در برنامه‌نویسی ندارند مفید است.
• قابلیت‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی: برخی از مدل‌های جدید PLC از یادگیری ماشین و هوش مصنوعی برای بهبود عملکرد استفاده می‌کنند. این امر می‌تواند به آنها در شناسایی الگوها و پیش‌بینی وقایع کمک کند.

مزایای مدل‌های جدید PLC:

مدل‌های جدید PLC مزایای متعددی نسبت به مدل‌های قدیمی دارند. برخی از این مزایا عبارتند از:

• قابلیت انعطاف‌پذیری بیشتر: مدل‌های جدید PLC انعطاف‌پذیرتر از مدل‌های قدیمی هستند. این امر به دلیل ویژگی‌های شبکه‌سازی، قابلیت برنامه‌نویسی آسان و قابلیت‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی است.
• کاهش هزینه‌ها: مدل‌های جدید PLC می‌توانند به کاهش هزینه‌های عملیاتی کمک کنند. این امر به دلیل ویژگی‌های شبکه‌سازی، قابلیت برنامه‌نویسی آسان و قابلیت‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی است.
• بهبود بهره‌وری: مدل‌های جدید PLC می‌توانند به بهبود بهره‌وری کمک کنند. این امر به دلیل ویژگی‌های شبکه‌سازی، قابلیت برنامه‌نویسی آسان و قابلیت‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی است.

نتیجه‌گیری:

مدل‌های جدید PLC مزایای متعددی نسبت به مدل‌های قدیمی دارند. این مزایا شامل قابلیت انعطاف‌پذیری بیشتر، کاهش هزینه‌ها و بهبود بهره‌وری است. اگر به دنبال یک PLC جدید هستید، مدل‌های جدید را در نظر بگیرید.

کلمات کلیدی :

• مزایا و معایب مدل‌های جدید PLC
• آینده PLC

انواع PLC

برای خواندن بیشتر به ادامه مطلب مراجعه کنید.

PLC و SCADA مانند دو روی یک سکه هستند. PLC (کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی) یک کامپیوتر دیجیتال برای خواندن سنسور، حل الگوریتم و خروجی کنترل شده است. به طور خلاصه PLC یک سخت افزار است که فقط عملیات را کنترل میکند، به عنوان مثال SCADA (کنترل نظارتی و کسب اطلاعات) یک نرم افزار است که می‌توان با PLC ارتباط برقرار کند تا اطلاعات را به صورت گرافیکی، متحرک یا به صورت ورودی به سیستم بخواند و ارائه دهد. به عنوان مثال - سطح کنترل  انجام شده توسط PLC و اطلاعات گرافیکی با اطلاعات مربوط به آن (LEVELS ، CRITICAL LEVELS ، ALARMS و غیره) از چندین سال گذشته  توسط SCADA انجام می‌شود.

بنابراین هیچ چیزی در بین PLC و SCADA برای یافتن گزینه بهتر قابل مقایسه نیست.

آموزش متلب

کنترل غیرخطی

SoftPLC یک کنترل کننده اتوماسیون قابل برنامه ریزی (PAC) با عملکرد بالا و غنی از ویژگی است که عملکردهای یک PLC اختصاصی را با مزایای طراحی معماری باز و قدرت رایانه ها ادغام می کند

Soft PLC  برای تبدیل یک کامپیوتر تعبیه شده به یک کنترل کننده منطقی کاملاً کاربردی و قابل برنامه ریزی طراحی شده است که به آن PLC نیز می گویند. این ترکیبی از کنترل گسسته ، PID و ورودی و خروجی آنالایزر PLC با شبکه های رایانه ای با عملکرد بالا ، مدیریت داده ها و توانایی های محاسباتی است.

 SoftPLC عملکردهای زیر را ترکیب می کند:

PLC

دیتا لاگر

دروازه های ارتباطی Communications Gateways

رایانه های جاسازی شده Embedded Computers

اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون هوشمند

 ارتباط بین تجهیزات در شبکه های مودباس :

ارتباط بین تجهیزات در پروتوکل ASCII/RTU Modbus بر روی پورتهای سریال 422-RS, 485-RS, 232-RS بطور SLAVE/MASTER می باشد .
چنانچه Master بخواهد با هر Slave ارتباط برقرار کند ، شماره آدرس آن Slave را در پیغام ارسالی قرار می دهد و پیغام را می فرستد. تمام
Slave ها این پیغام را دریافت می کنند ولی آن Slave ، که شماره آدرس آن در پیغام نوشته شده است پاسخ می دهد بدین ترتیب در هر لحظه فقط یک پیغام بر روی خط وجود دارد. SLAVE می تواند ورودی و خروجی دیجیتال یا آنالوگ، شیرهای برقی، درایورهای موتورها، یا تجهیزات اندازه گیری مانند ترنسمیترهای دما ، لودسل و غیره باشد.