کنترل‌کننده 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.

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.

پیدایش PLC

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 PLC

  نسل بازه زمانی تقریبی ویژگی‌های اصلی ساختار قابلیت توسعه کاربردهای شاخص
MODICON 084 first plc
 نسل اول – رله‌ای دهه ۱۹۷۰ جایگزین مدارهای رله‌ای، برنامه‌نویسی با Ladder ساده ماژول اصلی + ورودی/خروجی ثابت محدود خطوط مونتاژ ساده، کنترل ماشین‌های تک‌منظوره
simatic s5 اولین پی ال سی زیمنس  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
پی ال سی 5 برند آلن بردلی 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
پی ال سی melsec q برند میتسوبیشی نسل چهارم – شبکه‌ای دهه ۲۰۰۰ پشتیبانی از شبکه‌های صنعتی، حافظه و سرعت بیشتر، استاندارد IEC 61131-3 ماژولار/کامپکت بالا سیستم‌های SCADA، کارخانه‌های هوشمند
پی ال سی simatic s7 1500 زیمنس 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

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 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 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.

نتیجه‌گیری

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.