پی ال سی چیست؟ | تاریخچه ساخت و پیدایش PLC

وقت می گوییم پی ال سی چیست یعنی کنترل‌ کننده منطقی برنامه‌پذیر و یا به اختصار PLC، یکی از مهم‌ترین تحولات در صنعت اتوماسیون می‌باشد. از زمان معرفی این دستگاه تا به امروز، مسیر تولید و کنترل فرآیندها را متحول کرده است. PLC دستگاهی الکترونیکی و قابل برنامه‌نویسی است که جهت کنترل ماشین‌آلات و خطوط تولید مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این دستگاه توانسته است جایگزین کارآمدی در مقابل سیستم‌های رله‌ای پیچیده و پرهزینه شود. آشنایی با تاریخچه اتوماسیون صنعتی و همچنین PLC می‌تواند برای کسانیکه در زمینه نگهداری، تعمیر و یا حتی یادگیری تخصصی این سیستم‌ها فعالیت می‌کنند اهمیت زیادی داشته باشد.

پی ال سی مخفف چیست ؟

PLC در لاتین مخفف Programmable Logic Controller است که به معنی کنترل کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی است. یعنی یک قطعه کنترل کننده که برنامه پذیر است و می‌توان برنامه‌های مختلف و متنوع کنترلی را بر روی آن نوشت.
اما در اصل PLC چیست و چه کاربردی دارد؟

پی ال سی چیست؟

می‌توان گفت پی ال سی یک نوع کامپیوتر خاص است که برای کارکردی قابل اطمینان در شرایط صنعتی خاص طراحی شده است. شرایطی مثل دماهای بسیار بالا، رطوبت، خشکی و گرد و خاک. پی ال سی‌ها طراحی شده‌اند تا بتوانند فرآیندهای صنعتی را اتوماتیک کنند. کارهایی مثل خط مونتاژ در یک کارخانه تولیدی، فرآیندهای موجود در کارخانه‌های سنگ معدن یا تصفیه‌ خانه‌های فاضلاب و …

نیاز به تولید PLC

پیش از دهه 1960 میلادی، کنترل فرآیندهای صنعتی با استفاده از مدارهای رله‌ای و تایمرهای مکانیکی انجام می‌شد. استفاده از این روش‌ها علاوه بر اشغال فضای زیاد، درصورت بروز مشکل، تعمیرات دشوار و پرهزینه‌ای داشته‌اند. همچنین با استفاده از این سیستم‌های قدیمی، تغییر برنامه یا عملکرد سیستم نیازمند بازطراحی کامل مدارها دارد. این توقف در خطوط تولید و تنظیم تجهیزات از ابتدا خط، بسیار زمان‌بر و پرهزینه محسوب می‌شدند. درنتیجه اهمیت آموزش نیروی متخصص و دسترسی به تجهیزات جایگزین بسیار مهم شد.

تاریخچه پیدایش پی ال سی چیست

اولین کنترلر منطقی قابل برنامه‌پذیر در دهه 1968 توسط شرکت Modicon جهت استفاده در صنعت خودروسازی تولید شده است. این دستگاه که اولین PLC شناخته می‌شود امکان تغییر عملکرد سیستم را تنها با تغییر برنامه نرم‌افزاری ،فراهم می‌نمود و دیگر نیازی به تغییر سیم‌کشی‌ها و تعویض سخت‌افزارها نداشتند. پس از این زمان بود که صنعتگران به فکر جایگزینی تجهیزات قدیمی خود بیوفتند و یادگیری نحوه برنامه‌نویسی و آموزش پی ال سی به یک موضوع مهم در صنعت تبدیل شد.

تاریخچه انواع پی ال سی چیست ؟

نسل	بازه زمانی تقریبی	ویژگی‌های اصلی	ساختار	قابلیت توسعه	کاربردهای شاخص
	نسل اول – رله‌ای	دهه ۱۹۷۰	جایگزین مدارهای رله‌ای، برنامه‌نویسی با Ladder ساده	ماژول اصلی + ورودی/خروجی ثابت	محدود	خطوط مونتاژ ساده، کنترل ماشین‌های تک‌منظوره
	نسل دوم – ماژولار	دهه ۱۹۸۰	اجزای جداگانه (CPU، I/O، منبع تغذیه)، پشتیبانی از پروژه‌های بزرگ	ماژولار	بسیار بالا	صنایع خودروسازی، نفت و گاز، تولیدات سنگین
	نسل سوم – کامپکت	دهه ۱۹۹۰	یکپارچه‌سازی CPU، I/O و تغذیه در یک واحد، کم‌هزینه	یکپارچه	محدود به توسعه‌های کوچک	کارگاه‌ها، بسته‌بندی، صنایع غذایی کوچک
	نسل چهارم – شبکه‌ای	دهه ۲۰۰۰	پشتیبانی از شبکه‌های صنعتی، حافظه و سرعت بیشتر، استاندارد IEC 61131-3	ماژولار/کامپکت	بالا	سیستم‌های SCADA، کارخانه‌های هوشمند
	نسل پنجم – هوشمند و IoT	۲۰۱۰ به بعد	اتصال به IIoT، کنترل و مانیتورینگ از راه دور، امنیت سایبری پیشرفته	ماژولار پیشرفته	بسیار بالا	کارخانه‌های Industry 4.0، تولید داده‌محور، سیستم‌های پیش‌بینی خرابی

مزایای استفاده از پی ال سی چیست

پس ازبررسی و تاریخچه PLC راه‌های نوین جهت مدیریت و کنترل اتوماسیون صنعتی، صنایع بزرگ و کوچکی رو به استفاده از این دستگاه نمودن و متوجه مزایای بسیار آن شدند. چراکه در ابتدا این دستگاه به عنوان جایگزین رله‌ها مورد استفاده قرار می‌گرفت اما امروزه تبدیل به مغز پیشرفته اتوماسیون شده است.

در واقع مزیت اصلی خرید PLC از ابتدا تا به امروز، امکان وقف‌پذیری این دستگاه می‌باشد. در ابتدا جایگزین سریع و قابل اعتماد رله‌ها شد. سپس با افزودن امکانات کنترلی پیشرفته به جایگاه ویژه‌ای در اتوماسیون صنعتی رسید. درنهایت امروزه به عنوان هسته هوشمند سیستم‌های صنعتی شناخته می‌شود. در ادامه مزیت‌های استفاده از این دستگاه از ابتدای اختراع تا به الان می‌پردازیم.

مزیت‌های اولیه: جایگزینی رله‌ها در پی ال سی چیست

در دهه 1970 تا اوایل 1980، PLCها جایگزین رله‌های مکانیکی شده‌اند. به جای استفاده از صدها یا هزاران رله در یک سیستم صنعتی، از یک کنترلر برنامه‌پذیر که همه کارها را انجام می‌داد، استفاده می‌شد. نتیجه این جایگزینی را می‌توان در مزایای زیر بیان نمود.

• کاهش سیم‌کشی: به دلیل استفاده از یک کنترلر به جای چندین رله، میزان سیم‌کشی بسیار کاهش یافت.
• انعطاف‌پذیر در تغییرات: جهت تغییر منطق سیستم می‌توان فقط با تغییر برنامه و در نتیجه بدون نیاز به سیم‌کشی مجدد و توقف خط تولید، منطق فرآیند سیستم را تغییر داد.
• کاهش زمان توقف: در نتیجه امکان برنامه‌ریزی بدون تعویض سخت‌افزارها، تغییر خط سریع‌تر و در زمان تعمیر PLC ، تولید کمتر متوقف می‌شود.
• کاهش هزینه و افزایش عمر تجهیزات: در صورت استفاده از PLC به جای چندین رله، هزینه خرید تجهیزات کاهش یافته و قطعات الکتورنیکی داخل سیستم بدون استهلاک خواهند بود.

مزیت‌های دوره توسعه: کنترل پیشرفته در پی ال سی چیست

در مسیر تکامل PLCها و در دهه 1980 تا 1990، تکنولوژی‌های پیشرفته را در اتوماسیون به کار برده و PLCهای نسل جدیدتر از امکانات بیشتر بهره‌مند شدند. از جمله مزیت‌های PLC نسل جدید به جای رله و یا سری‌های قبل آن، می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.

• قابلیت‌های بیشتر: افزودن قابلیت منحصر بفرد ماژولار و دیگر امکاناتی مانند تایمر، شمارنده و کنترل آنالوگ در نسل جدید پی ال سی ها اضافه نمود. امکان اضافه نمودن این قابلیت‌ها به رله بسیار دشوار بود.
• اتصال به HMI: جهت نمایش وضعیت و کنترل آسان‌تر سیستم، از نمایشگرهای اولیه HMI استفاده نموده و به PLC متصل می‌شدند.
• افزایش سرعت پردازش: با استفاده از فناوری‌های جدید و بهره‌مندی از تکنولوژی‌های روز، سرعت پردازش CPUها افزایش یافته و درنتیجه فرآیندها با دقت زمان بیشتری انجام می‌شدند.
• کوچک شدن و ارزان‌تر شدن: با کاهش سایز پی ال سی ها و استفاده از فناوری‌های جدید، امکان استفاده در ماشین‌آلات کوچک هم فراهم شد.

مزیت‌های مدرن: مغز دیجیتال کارخانه

و با ورود به قرن 21 امکانات به روزتر و تکنولوژی‌های جدیدتری به PLCها اضافه شد و با استفاده از شبکه‌های صنعتی که امکان ارتباط تجهیزات سیستم را بسیار افزایش پیدا کرد. در ادامه به مزیت‌های پی ال سی نسل امروز که به عنوان هسته هوشمند اتوماسیون صنعتی شناخته می‌شود، می‌پردازیم.

• ارتباطات شبکه‌ای: با بهره‌مندی از شبکه‌هایی مانند Profinet، Profibus، Modbus و Ethernet/IP جهت اتصال PLC به سایر کنترلرها و سیستم‌های SCADA استفاده می‌شود.
• یکپارچه‌سازی: PLC امروزه با استفاده از سنسورهای هوشمند و تکنولوژی IoT، به پایش و کنترل از راه دور می‌پردازد و درنتیجه یکچارچه‌سازی بهتر سیستم صنعتی را شاهد هستیم.
• افزایش امنیت: با استفاده از سیستم‌های امنیتی در داخل PLCها امکان پشتیبان‌گیری و افزایش امنیت سایبری را در خطوط تولید و صنایع فرآیندی را شاهد هستیم.
• مانتورینگ دقیق: با استفاده از تاچ‌پنل‌های جدید و امکان مانتورینگ بلادرنگ، تحلیل داده‌های صنایع به طور دقیق و لحظه‌ای انجام می‌شود.

مهمترین مزیت PLC چیست؟

می‌توان گفت مهمترین نقطه قوت پی ال سی در مقابل سیستم‌های کنترل قدیمی در این است که شما می‌توانید پس از اینکه طرح مدنظر خود را برنامه‌ریزی کردید، برگردید و مجدداً برنامه و طرح خود را تغییر دهید. اینکار هزینه کمی نسبت به سیستم‌های قدیمی دارد و این هزینه فقط در زمانی است که برنامه‌نویس باید برای تغییر برنامه خود صرف کند.

لامپی را در نظر بگیرید که به یک کلید متصل شده است. لامپ دو حالت بیشتر ندارد، یا روشن است و یا خاموش

به شما گفته شده است که کاری کنید تا وقتی کلید در حال وصل (ON) قرار گرفت، پس از 30 ثانیه لامپ روشن شود. مسلماً در این ساختار سیمی، پیاده سازی چنین چیزی بسیار دشوار است.

تنها راهی که شاید بتوانید به این هدف دست پیدا کنید این است که سیم‌کشی مدار خود را تا جایی زیاد و پیچیده‌تر کنید که بتوانید به این تاخیر مد نظر دست پیدا کنید. البته باز هم در عمل این کار بسیار دشوار است! بله برای یک تغییر جزیی، به دردسرهای بزرگی می‌افتیم.

و اینجاست که نقش کنترل کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) مشهود و پررنگ می‌شود. به طوری که نیاز به هیچ سیم‌کشی اضافه‌ای در سیستم نداریم.

تنها کافیست چند خط کد ساده به برنامه اضافه کنیم؛ با این کارکرد که کنترلر ۳۰ ثانیه تاخیر در روشن کردن لامپ پس از فشردن کلید بیندازد. گذشته از این با حضور پی ال سی، اکنون شما می‌توانید چندین ورودی مختلف را دریافت کرده و در سمت خروجی نیز چندین دستگاه خروجی متفاوت را کنترل نمایید.

نتیجه‌گیری کلی در رابطه با پی ال سی چیست

PLCها از زمان تولدشان تاکنون مسیر طولانی‌ای را طی کرده‌اند؛ از یک جایگزین ساده برای مدارهای رله‌ای، به یک مغز متفکر صنعتی تبدیل شده‌اند. این تکامل نه تنها باعث افزایش بهره‌وری خطوط تولید شده، بلکه حوزه‌هایی چون خرید تجهیزات جدید، تعمیرات پیشرفته و آموزش تخصصی را به بخش جدایی‌ناپذیر از صنعت مدرن تبدیل کرده است.

آشنایی با این روند، به مدیران و مهندسان کمک می‌کند تا استراتژی مناسبی برای انتخاب، نگهداری و ارتقای سیستم‌های PLC خود داشته باشند، اقدامی که در نهایت به افزایش طول عمر تجهیزات، کاهش توقف تولید و ارتقای کیفیت محصولات منجر می‌شود. امیدواریم از این مقاله که در سایت بهپو صنعت صدرا در رابطه با پی ال سی ها گذاشته شد، نهایت استفاده را برده باشید.

سوالات متداول درباره اینکه پی ال سی چیست 

۱. به زبان ساده، پی ال سی چیست و چه وظیفه‌ای در تابلو برق دارد؟
پاسخ به اینکه پی ال سی چیست، ساده است: PLC (Programmable Logic Controller) در واقع یک کامپیوتر دیجیتال صنعتی است که مغز متفکر تابلو برق محسوب می‌شود. وظیفه آن دریافت فرمان از سنسورها (ورودی)، پردازش آن‌ها طبق برنامه‌ای که شما نوشته‌اید، و ارسال فرمان نهایی به کنتاکتورها و موتورها (خروجی) است.

۲. تفاوت تابلو برق کنتاکتوری (مدار فرمان) با سیستم پی ال سی چیست؟
اگر بپرسید مهم‌ترین مزیت پی ال سی چیست، باید بگوییم “حذف سیم‌کشی‌های پیچیده”. در تابلوهای قدیمی برای ایجاد تغییر در عملکرد دستگاه، باید کل سیم‌کشی را عوض می‌کردید، اما در PLC فقط با چند کلیک در لپ‌تاپ، منطق کار را تغییر می‌دهید. همچنین عیب‌یابی در PLC بسیار سریع‌تر و دقیق‌تر از مدارهای رله‌ای است.

۳. اجزای اصلی تشکیل‌دهنده سخت‌افزار پی ال سی چیست؟
برای درک بهتر اینکه پی ال سی چیست، باید اجزای آن را بشناسیم. هر PLC از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

1. منبع تغذیه (Power Supply): برق سیستم را تامین می‌کند.
2. پردازنده (CPU): مغز سیستم که برنامه را اجرا می‌کند.
3. ماژول‌های ورودی و خروجی (I/O): رابط بین دنیای بیرون (سنسورها و موتورها) و CPU هستند.

۴. تفاوت کامپیوتر معمولی (PC) با پی ال سی چیست؟
شاید بپرسید وقتی کامپیوتر داریم، دلیل استفاده از پی ال سی چیست؟ کامپیوترهای معمولی تحمل گرد و غبار، لرزش، رطوبت و نویزهای شدید الکتریکی کارخانه را ندارند. PLC برای کار دائم‌کار (۲۴ ساعته) در خشن‌ترین محیط‌های صنعتی طراحی شده و برخلاف ویندوز که ممکن است هنگ کند، PLC عملکردی بی‌درنگ (Real-Time) و بدون خطا دارد.

۵. منظور از زبان برنامه‌نویسی نردبانی (Ladder) در پی ال سی چیست؟
رایج‌ترین زبان برای اینکه به PLC بفهمانیم چه کند، زبان نردبانی یا LAD است. اما دلیل محبوبیت این زبان در پی ال سی چیست؟ چون ساختار آن دقیقاً شبیه نقشه‌های برق صنعتی قدیمی (مدار فرمان) است و برق‌کارها بدون نیاز به دانش کدنویسی پیچیده (مثل C++) می‌توانند آن را یاد بگیرند.

۶. تفاوت پی ال سی کامپکت (Compact) و ماژولار (Modular) چیست؟
در پاسخ به اینکه انواع ساختاری پی ال سی چیست، دو نوع اصلی داریم:

• کامپکت: تمام اجزا (منبع تغذیه، CPU و ورودی/خروجی) در یک باکس غیرقابل تفکیک قرار دارند (مثل دلتا سری DVP یا زیمنس LOGO).
• ماژولار: شما می‌توانید بر اساس نیازتان، کارت‌های ورودی و خروجی را کم یا زیاد کنید و آن‌ها را کنار هم بچینید (مثل زیمنس S7-300 یا S7-1500).

۷. بهترین برندهای بازار ایران برای خرید پی ال سی چیست؟
اگر می‌خواهید بدانید پرفروش‌ترین برند پی ال سی چیست، باید به سه دسته اشاره کنیم:

• زیمنس (Siemens): پادشاه صنایع بزرگ و نفت و گاز.
• دلتا (Delta) و فتک (Fatek): محبوب‌ترین‌ها برای ماشین‌سازی و بسته‌بندی (به دلیل قیمت مناسب).
• ال‌اس (LS): گزینه‌ای باکیفیت و میان‌رده.
  ما در بهپو صنعت صدرا تمامی این برندها را با تضمین اصالت عرضه می‌کنیم.

۸. نقش اچ ام آی (HMI) در کنار پی ال سی چیست؟
HMI (Human Machine Interface) نمایشگری است که به PLC وصل می‌شود. اما ارتباط آن با پی ال سی چیست؟ HMI به اپراتور اجازه می‌دهد تا بدون نیاز به کامپیوتر، پارامترهای داخل PLC (مثل دما، سرعت موتور یا تعداد تولید) را ببیند و آن‌ها را تغییر دهد.