ورودی و خروجی آنالوگ PLC

ورودی و خروجی آنالوگ PLC یا ماژول‌ ورودی و خروجی PLC به عنوان بخشی کلیدی در سیستم‌های کنترل صنعتی، نقش بسیار مهمی در جمع‌آوری اطلاعات و کنترل دستگاه‌ها ایفا می‌کند. این ماژول‌ها می‌توانند سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال را پردازش کرده و به سیستم PLC اجازه دهند تا به‌طور دقیق و موثری ورودی و خروجی آنالوگ و دیجیتال را مدیریت کند. با استفاده از این ماژول‌ها، مهندسان می‌توانند شرایط فرآیند را نظارت کنند و به خصوصیات متغیرهای فیزیکی مانند دما، فشار و جریان پاسخ دهند.

در مقاله میخواهیم به معرفی ماژول ورودی و خروجی آنالوگ PLC بپردازیم و با نحوه اتصال کارت های ورودی و خروجی آنالوگ با سایر تجهیزات مانند سنسورها آشنا شویم، در ویدئو زیر خلاصه از تمامی نکات ذکر شده در مقاله را می‌توانید مشاهده کنید، با ما همراه باشید.

PLC چیست؟

PLC (Programmable Logic Controller) یا کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر، یک دستگاه الکترونیکی صنعتی است که برای کنترل فرآیندها و تجهیزات در صنایع مختلف طراحی شده است. این دستگاه از یک پردازنده، حافظه، ورودی و خروجی آنالوگ و دیجیتال و نرم‌افزار برنامه‌نویسی تشکیل شده و وظیفه‌اش اجرای برنامه‌هایی است که توسط کاربران برای انجام عملیات خاصی نوشته می‌شود PLC .در برابر شرایط سخت محیطی مانند ارتعاشات، دماهای بالا و رطوبت مقاوم است و جایگزینی مناسب برای سیستم‌های رله‌ای و مکانیکی قدیمی محسوب می‌شوند. زبان برنامه‌نویسی PLC مختلف است که بعضی از آنها شاملLadder Diagram و Function Block Diagram می‌باشد.

کنترل‌کننده‌های منطقی برنامه‌پذیر (PLC) سیگنال‌های آنالوگی را دریافت و ارسال می‌کنند که به منظور انجام وظایف گوناگونی طراحی شده‌اند. ورودی‌های PLC به‌طور معمول سیگنال‌های آنالوگی را پردازش می‌کنند که نشان‌دهنده متغیرهایی مانند دما، فشار و فلو هستند.

خروجی‌های PLC سیگنال‌های آنالوگی را تولید می‌کنند که عملگرهای نهایی مانند شیرها و دمپرها را کنترل خواهند کرد. اکنون انواع دستگاه‌های ورودی و خروجی آنالوگ و شرایط سیگنالی مرتبط که به طور معمول استفاده می‌شوند، مورد بحث قرار می‌دهیم.

لازم به ذکر است که PLC در داخل  محفظه ای بنام تابلو برق قرار داده میشود که به مجموع PLC و اجزای مورد نیاز جهت حفاظت آن و ارتباط با سنسورها و… تابلو PLC گفته می‌شود.

تفاوت سیگنال آنالوگ و دیجیتال

برای بیان تفاوت بین سیگنال دیجیتال و سیگنال آنالوگ ابتدا هر کدام از سیگنال دیجیتال و آنالوگ را تعریف کرده و سپس به بیان تفاوت آنها می‌پردازیم.

سیگنال دیجیتال چیست؟

بخش دیجیتال، ساده است. یک سیگنال دیجیتال فقط دو حالت دارد: روشن یا خاموش، بله یا نه، بالا یا پایین، یک یا صفر. به عنوان مثال، یک سوئیچ فشار را در نظر بگیرید که دستگاهی دیجیتال است و در فشار مشخصی از ۱۵ psi عمل می‌کند. به این معنی که سوئیچ در فشارهای زیر ۱۵ psi باز (OPEN) و در فشارهای بالای ۱۵ psi بسته (CLOSED) است.

می‌توانیم این سوئیچ را با یک سیم‌کشی ساده به ورودی دیجیتال یک PLC متصل کنیم.

سیگنال آنالوگ چیست؟

اگر بخواهیم از فشار دقیق مطلع شویم، آیا دستگاهی وجود دارد که به ما بگوید فشار ۲۲ psi یا ۱۲ psi است؟ اینجاست که ما به یک ترانسمیتر فشار نیاز خواهیم داشت که سیگنالی آنالوگ را تولید و فشار اندازه‌گیری شده را نمایش دهد.

در یک سیگنال آنالوگ، بسیار بیش‌تر از دو حالت وجود دارد. در واقع، تعداد نامحدودی از حالت‌های ممکن وجود خواهند داشت. ترانسمیتر‌ها، سیگنال‌های آنالوگ ولتاژ یا جریان را تولید می‌کنند و متغیرهای فرآیند، نظیر فشار و دما را نشان می‌دهند.

در جدول زیر بصورت خلاصه تفاوت های سیگنال آنالوگ و دیجیتال را بیان کردیم.

ویژگی	سیگنال آنالوگ	سیگنال دیجیتال
تعریف	سیگنالی که به صورت پیوسته و با مقادیر نامحدود در بازه ای مشخص تغییر می کند.	سیگنالی که به صورت گسسته و با مقادیر مشخص (معمولاً صفر یا یک) نمایش داده می شود.
نمایش	توسط موج‌های سینوسی یا پیوسته	به صورت پالس های مربعی با دو سطح ولتاژ مشخص
مقادیر	می تواند هر مقداری بین حداقل و حداکثر را داشته باشد.	فقط مقادیر گسسته و از پیش تعریف شده را می گیرد.
حساسیت به نویز	بسیار حساس به نویز و تداخل است.	نسبت به نویز مقاوم تر است.
پردازش	نیاز به مدارهای آنالوگ پیچیده برای پردازش دارد.	به راحتی توسط مدارهای دیجیتال پردازش می شود.
نمونه هایی از سیگنال	صدای انسان، نور خورشید، دمای هوا	اطلاعات کامپیوتری، تصاویر دیجیتال، سیگنال های رادیویی دیجیتال
مزایا	دقت بالا، نمایش دقیق تغییرات پیوسته	مقاوم در برابر نویز، قابلیت پردازش آسان، قابلیت انتقال اطلاعات به صورت دیجیتال
معایب	حساس به نویز، نیاز به مدارهای پیچیده، هزینه بالاتر	دقت پایین تر در نمایش تغییرات پیوسته

تعریف کارت ورودی و خروجی آنالوگ PLC

کارت‌های ورودی و خروجی آنالوگ PLC، پل ارتباطی بین دنیای واقعی (که اغلب با سیگنال‌های آنالوگ مانند دما، فشار، جریان و ولتاژ سروکار دارد) و دنیای دیجیتال PLC هستند. کارت ورودی آنالوگ PLC سیگنال‌های آنالوگ پیوسته را به سیگنال‌های دیجیتال گسسته تبدیل می‌کنند که PLC می‌تواند آن‌ها را پردازش کند.

برعکس، کارت خروجی آنالوگ PLC سیگنال‌های دیجیتال را به سیگنال‌های آنالوگ تبدیل می‌کنند تا به دستگاه‌های خارجی ارسال شوند. به عبارت ساده‌تر، این کارت‌ها به PLC اجازه می‌دهند تا با دنیای واقعی تعامل داشته باشد و پارامترهای فیزیکی را اندازه‌گیری و کنترل کند.

کارت‌ ورودی آنالوگ PLC  

قبل از معرفی ماژول ورودی آنالوگ PLC می خواهیم با سیگنال ورودی آنالوگ PLC آشنا شویم. سیگنال‌ های ورودی آنالوگ PLC از نوع ولتاژ شامل ۱ تا ۵ ولت، ۰ تا ۱۰ ولت و -۱۰ تا +۱۰ ولت هستند. رایج‌ترین سیگنال آنالوگ، سیگنال جریان ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر است.

دوباره به ترانسمیتر فشاری که بالاتر مطرح کردیم برگردیم؛ چگونه بفهمیم که فشار ۲۲ psiاست یا ۱۲psi؟ بیش‌تر ترانسمیتر‌ها، شرایط سیگنال را کالیبره می‌کنند تا محدوده جریانی ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپری تولید کنند که نشان‌دهنده محدوده‌ای خاص از فشار بوده و آن را به ماژول ورودی آنالوگ PLC ارسال می‌کند.

همچنین می‌توانیم از همان ماژول ورودی آنالوگ برای اندازه‌گیری جریان و سطح استفاده کنیم. به این علت که سیگنال ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپری می‌تواند هر نوع متغیری را نمایندگی کند. به عنوان مثال، ماژول ورودی آنالوگ Allen Bradley ControlLogix  1756-IF8 می‌تواند تا ۸ کانال یا حلقه ورودی را متصل کند.

 اتصال مستقیم سنسور به کارت ورودی آنالوگ PLC

ماژول‌های ورودی آنالوگ به این علت به کار گرفته می‌شوند که به‌طور مستقیم به سنسور متصل شده و نیاز به ترانسمیتر را از بین می‌برند. در صنعت، بیش‌تر از سنسورهای دمای مقاومتی (RTD) و ترموکوپل‌ها برای تشخیص دما استفاده می‌شود. همان‌طور که بالاتر مطرح شد، سنسورهای دما می‌توانند به یک ترانسمیتر متصل شوند که سیگنالی آنالوگ از ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر که نمایانگر یک دامنه دمایی است را تولید ‌کنند.

در ادامه با نحوه اتصال سنسورهای RTD، ترموکوپل و لودسل با کارت ورودی آنالوگ PLC از برندهای آلن بردلی و زیمنس آشنا می‌شویم.

اتصال RTD و ترموکوپل به ماژول ورودی آنالوگ PLC

سنسورهای RTD و ترموکوپل‌ها می‌توانند به‌طور مستقیم نیز به یک ماژول ورودی آنالوگ PLC مانند Allen Bradley ControlLogix IRT8I متصل شوند و نیازی به ترانسمیتر نداشته باشند. این نوع از اتصال، مزایا و معایبی با خود به همراه دارد.

سنسور RTD با تغییر دما، تغییر مقاومت می‌دهد و ترموکوپل با تغییر دما، تغییر ولتاژ ایجاد می‌کند. مواردی مانند طول سیم میان RTD و ماژول، هم‌چنین تفاوت دما بین محل حسگری ترموکوپل و ماژول، نیاز به دقت دارند.

اتصال لودسل‌ به ماژول ورودی آنالوگ PLC

حالا ماژول ورودی آنالوگ Siemens 7MH4980 را که به‌طور مستقیم به یک لودسل متصل می‌شود، بررسی می‌کنیم. این نوع ماژول به طور معمول ماژول ورودی لودسل نامیده می‌شود. لودسل‌ها بسته به کاربرد خود از نظر شکل و اندازه متفاوت هستند. اما همه آن‌ها حداقل چهار سیم دارند که دو سیم برای تأمین ولتاژ و دو سیم دیگر برای خروج سیگنال‌ها استفاده می‌شوند.

کارت خروجی آنالوگ PLC

ماژول خروجی آنالوگ PLC دستگاه‌هایی مانند عملگرها، موتور‌ها و شیرهای کنترلی را کنترل می‌کند. به طور معمول، خود ماژول نیروی لازم برای دستگاه کنترل‌کننده را تأمین نمی‌کند، بلکه فقط سیگنال کنترلی را ارائه می‌دهد. به عنوان مثال، یک شیر پنوماتیک توسط یک مبدل جریان به فشار (I/P converter) که سیگنال کنترلی آنالوگ را از یک ماژول خروجی PLC دریافت می‌کند، کنترل می‌شود.

همانند کارت ورودیPLC، سیگنال‌های ولتاژ خروجی معمولی شامل ۱ تا ۵ ولت، ۰ تا ۱۰ ولت و -۱۰ تا +۱۰ ولت هستند و رایج‌ترین سیگنال خروجی آنالوگ، سیگنال جریان ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر است. یک مثال از یک ماژول خروجی آنالوگ PLCمعمولی، ماژول Allen-Bradley ControlLogix 1756-OF8 است که می‌تواند هشت دستگاه ولتاژ یا جریان جداگانه را کنترل کند.

خلاصه نکات مهم ورودی و خروجی آنالوگ PLC

• یک سیگنال دیجیتال فقط دو حالت ممکن دارد، در حالی که یک سیگنال آنالوگ دارای حالت‌های نامحدودی است.
• ترانسمیتر‌ها سیگنال‌های آنالوگ ولتاژ یا جریانی را تولید می‌کنند که متغیرهای فرآیند مانند فشار و دما را نشان می‌دهند.
• سیگنال‌های ولتاژ آنالوگ معمولی شامل ۱ تا ۵ ولت، ۰ تا ۱۰ ولت و 10- و 10+ ولت هستند.
• رایج‌ترین سیگنال آنالوگ، سیگنال جریان ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر است.
• تأمین‌کنندگان ماژول‌های PLC ماژول‌های ورودی آنالوگی را ارائه می‌دهند که می‌تواند در چندین حلقه متغیر فرآیند استفاده شوند.
• تأمین‌کنندگان ماژول‌های PLC ماژول‌های ورودی آنالوگی را ارائه می‌دهند که بتوانند به‌طور مستقیم به سنسورهایی مانند RTD، ترموکوپل یا لودسل متصل می‌شوند.
• خروجی‌های آنالوگ PLC دستگاه‌هایی مانند عملگرها، موتور‌ها و شیرهای کنترلی را کنترل می‌کنند و طور معمول خود ماژول نیروی لازم برای دستگاه کنترل‌کننده را تأمین نمی‌کند و تنها سیگنال کنترلی را ارائه می‌دهد.

سخن پایانی ورودی و خروجی آنالوگ PLC

در نهایت، کاربرد ماژول‌ ورودی و خروجی PLC در صنعت به افزایش دقت و کارایی سیستم‌های اتوماسیون صنعتی کمک می‌کند. توانایی پردازش ورودی و خروجی آنالوگ در این ماژول‌ها، امکان کنترل دقیق و پاسخ سریع به تغییرات فرآیندی را فراهم می‌آورد، که این امر به افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌ها منجر می‌شود. با پیشرفت فناوری و توسعه سیستم‌های جدید، انتظار می‌رود که عملکرد ماژول‌های ورودی و خروجی PLC بهبود یابد و کاربردهای گسترده‌تری پیدا کند.

شرکت نیکسا مجری پروژه های اتوماسیون صنعتی و سازنده تابلو PLC آماده طراحی و ساخت تابلو PLC مطابق با درخواست شما و متناسب با نیاز پروژه شماست جهت مشاوره و استعلام قیمت تابلو PLC با شماره 02188526642 تماس حاصل فرمایید.

منبع: برگرفته از سایت https://www.realpars.com/