مقاله کارافرینی بررسی ساختار و نحوه عملکرد سیستم های کنترل صنعتی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله کارافرینی بررسی ساختار و نحوه عملکرد سیستم های کنترل صنعتی دارای ۱۶۹ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله کارافرینی بررسی ساختار و نحوه عملکرد سیستم های کنترل صنعتی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله کارافرینی بررسی ساختار و نحوه عملکرد سیستم های کنترل صنعتی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن مقاله کارافرینی بررسی ساختار و نحوه عملکرد سیستم های کنترل صنعتی :

« چکیده »

در هر صنعتی اتوماسیون سبب بهبود تولید می گردد که این بهبود هم در کمیت ومیزان تولید موثر است و هم در کیفیت محصولات.هدف از اتوماسیون این است که بخشی از وظایف انسان در صنعت به تجهیزات خودکار واگذار گردد. در یک سیستم اتوماتیک عملیات شروع،تنظیم و توقف فرایندبا توجه به متغیر های موجود توسط کنترل کننده سیستم انجام می گیرد. هر سیستم کنترل دارای سه بخش است: ورودی ، پردازش و خروجی .
انواع استراتژی های کنترل:

کنترل حلقه باز
کنترل پیشرو
کنترل حلقه بسته
کنترلر مغز متفکر یک پردازش صنعتی است و تمامی فرامینی راکه یک متخصص در نظر دارد اعمال کند تا پروسه، جریان استاندارد خود را در پیش گیرد و نهایتا پاسخ مطلوب حاصل شود از طریق کنترلر به سیستم فهمانده می شود.
یک کنترلر چگونه عمل می کند؟
در ابتدا سیگنال خروجی از سنسور وارد کنترلر می شود و با مقدار مبنا مقایسه می گردد و نتیجه مقایسه که همان سیگنال خطا می باشد، معمولا در داخل کنترلر هم تقویت شده و هم بسته به نوع کنترلر و پارامترهای مورد نظر، عملیاتی خاص روی ان انجام می گیرد سپس حاصل این عملیات به عنوان سیگنال خروجی کنترل کننده به بلوک بعدی وارد می شود. مقایسه سیگنالها و تقویت اولیه در همه کنترلر ها صرف نظر از نوع انها انجام می گیرد ،در واقع این عملیات بعدی است که نوع کنترلر را مشخص می کند.
PLCاز عبارت Programmable Logic Controller به معنای کنترل کننده قابل برنامه ریزی گرفته شده است.PLC کنترل کننده ای است نرم افزاری که در قسمت ورودی، اطلاعات را بصورت باینری دریافت و آنها را طبق برنامه ای که در حافظه اش ذخیره شده پردازش می نماید و نتیجه عملیات را نیز از قسمت خروجی به صورت فرمانهایی به گیرنده ها و اجرا کننده های فرمان ، ارسال می کند.
بطور کلی می توان زبانها برنامه نویس PLCرا به پنج دسته تقسیم کرد:
• زبان SFC یا Sequential Function Chart Language

• زبان FBD یا Function Block Diagram Language
• زبان LD یا Ladder Diagram Language
• زبان ST یا Structured Text Language
• زبان IL یا Instruction List Language
به طور کلی چهار سیستم کنترلی وجود دارد:
۱سیستمهای رله ای از قدیمی ترین سیستم کنترلی هستند. در این سیستمها کلیه عملیات کنترلی با استفاده از رله ها انجام می پذیرد.
۲سیستمهای کنترلی مبنی بر مدارهای منطقی. در این سیستم ها از دروازه های منطقی و تراشه های کوچک برای پیاده سازی عملیات منطقی استفاده می شود.
۳کنترل با کامپیو تر شخصی
۴کنترل مبنی بر PLC.
سیستم SCADAعلاوه بر کاربرد در فرایندهای صنعتی مانند تولید و توزی

ع برق ( به شیوه های مرسوم یا هسته ای) ،ساخت فولاد، صنایع شیمیایی،صنایع آب ،گاز و نفت در بعضی از امکانات آزمایشی مانند فوزیون هسته ایی نیز کاربرد دارد.
اندازه اینچنین تاسیساتی از ۱۰۰۰تا چندین ده هزار کانال I/O می باشد. و با کمک شبکه ها و سیستمهای مخابراتی منطقه وسیعی را تحت بازرسی ونظارت قرار می دهد.
سیستمهای SCADA بر روی سیستم عاملهای DOS، VMSو UNIXقابل اجرا هستند در سالهای اخیر همه سیستم های SCADAبه سمت سیستم عامل NT و بعضی هم بسمت Linuxگرایش پیدا کرده اند.

« پیشگفتار»

اصطلاح اتو ماسیون صنعتی به طور عام مربوط به علوم و تکنولوژی کنترل پروسه است و شامل کنترل فرایند های متفاوتی در صنعت است. این بحث امروزه در مجامع صنعتی بصورت خیلی عادی رایج است و در بسیاری از اماکن صنعتی به مرحله اجرا در آمده است.
توسعه در کنترل و صنعتی سازی امکان پیشرفت بیشتر و گسترده تر پروسه های پیچیده و دخالت دادن تکنولوژیهای جدید و استفاده از مزایای اقتصادی آنها را فراهم ساخته است .
و لازم است به این نکته مهم متذکر شویم که اقتصادی کردن سیستمها زیر ساخت پیشرفتهای آن بوده و هست وهمین پیشرفت ها منجر به این شد که اقبال عمومی نظر به سیستمهای تمام توماتیک داشته باشد.
یکی از قایلیتهای مهم خودکار سازی وجود تجهیزات قابل انعطاف یا به عب

ارتی انعطاف پذیری است که به اختصار می توان به شکل زیر تعریف کرد:
سازگاری آرام و پیوسته در تغییر یک کارخانه با رعایت استفاده بهینه از امکانات موجود و گام برداشتن به سوی پیشرفت با رعایت انطباق با سیستمهای قدیمی و بالا بردن قابلیتها و کیفیت تولید و بهینه سازی در مواد اولیه مصرفی و انرژی.
این خواسته سیستمها را به سوی طراحی و ساخت مجتمعهای تمام کا

مپیوتری CIM هدایت کرد.
این مقوله روی نمایش پروسه ها در زمان کنترل تولید و قابلیت تقسیم کار بین قسمتها و طراحی فراورده ها با مواد اولیه و انرژی مصرفی و زمان کم و کیفیت بالا تمرکز دارد.در بحث توسعه تکنولوژی و اتوماسیون مدرن عوامل متفاوتی دخالت داشته اند،

که از جمله آنها عبارتند از:
• پیشرفت میکرو پروسسور ها، حافظه ها و توسعه تکنولوژی VLSI مربوط به سنسورها و تکنولوژی فیبر نوری
• عملی شدن کنترلر های قابل برنامه ریزی(PLC)
• استاندارد کردن سخت افزارهای ماژولار و نرم افزار های کنترل پروسه
• پیشرفت در تکنولوژی کامپیوتر
• ضرورت ایجاد قابلیتهای نمایش فرایندها به صورت on-line و به شکلی جذاب برای ارتباط کاربر به صورت استاندارد
• استاندارد شدن ارتباط و خطوط مخابره داده در کامپیوترها
• سازگار بودن با روشهای متفاوت سیستم . کنترل جدید مانند تخمین پارامتر ، کارهای وفقی بهینه و خود تنظیمی
• توسعه روشهای هوشمند علمی و عملی

« سپاسگزاری »

پس از حمد و سپاس خدایی که به هستی و وجود من کرامت عطا فرمود ، به وجود خسته اما سرافراز پدرم درود
بی پایان می فرستم و دستان گرم مادرم را به نشان قدردانی می بوسم .

و تلاش خستگی نا پذیرو صادقانه استادانم را ارج می نهم.سرورانی که در زندگی تحصیلی ، مرا یاری
داده اند ، آنان که دلسوزانه بستر را برای تحقیقات علمی من فراهم آورده اند و تجربیات گران سنگ خود را در اختیارم نهادند ، دست عقل و اندیشه ام را گرفتند تا به شاهراه تکامل و پیشرفت های عملی رهنمونم سازند.

در اینجا تقدیر خالصانه خود را نثار آن عزیزان می نمایم ، به ویزه استاد گران قدر جناب آقای مهندس آهنگداز
مفتخر خواهم شد اگر آنها مراتب سپاس مرا که بی ریا تقدیم می گردد بپذیرند ، بلکه تشکر ویژه من تسکینی بر خدمات ارزنده ایشان باشد.
به پاس همه خوبی ها یشان ، خدا یارشان باد و عزت پایدارشان .

« والسلام »

تقدیم به :

همه ی عزیزانی که از آغاز تا انجام با محبت های بی بدیعشان مرا در دستیابی به این مهم یاری نمودند.

« فهرست مطالب »

عنوان صفحه

مطالب مقدماتی

به نام او —————————————————————————————————————————– ۲

بسم الله الرحمن الرحیم ——————————————————————————————————- ۳
عنوان بندی ———————————————————————————————————————– ۴
چکیده —————————————————————————————————————————— ۵
پیشگفتار —————————————————————————————————————————- ۷
سپاس گزاری ———————————————————————————————————————– ۹
تقدیم به —————————————————————————————————————————– ۱۰

فصل اول :
« مقدمه ای بر سیستم های کنترل » ———————————————————- ۱۸

کنترل و اتوماسیون ———————————————————————————————————- ۱۸
مشخصات سیستم های کنترل ———————————————————————————————- ۱۹
ورودی ها————————————————————————————————————————— ۱۹
خروجی ها————————————————————————————————————————— ۱۹
پردازش ————————————————————————————————————————— ۲۰
انواع فرایندهای صنعتی —————————————————————————————————— ۲۰
فرایند تولید پیوسته—————————————————————————————————————- ۲۰
فرایند تولید انبوه——————————————————————————————————————— ۲۱
فرایند تولید اقلام مجاز ——————————————————————————————————- ۲۱
استراتژی کنترل ——————————————————————————————————————- ۲۱
کنترل حلقه باز ————————————————————————————————————– ۲۱
کنترل پیشرو —————————————————————————————————————- ۲۲
کنترل حلقه بسته ————————————————————————————————————— ۲۲
انواع کنترلرها ——————————————————————————————————————– ۲۳
کنترلرهای ناپیوسته ————————————————————————————————————– ۲۴
کنترلرهای پیوسته ————————————————————————————————————– ۲۴
کنترلر تناسبی ——————————————————————————————————————– ۲۴
عنوان صفحه

کنترلر انتگرالی —————————————————————————————————————- ۲۵
کنترلر تناسبی-انتگرالی ———————————————————————————————————۲۵
کنترلر تناسبی-مشتق گیر ——————————————————————————————————-۲۶——————————————————————–۲۶
کنترلر نیوماتیکی —————————————————————————————————————۲۷
کنترلر هیدرولیکی —————————————————————————————————————-۲۷
کنترلر الکترونیکی —————————————————————————————————————۲۷
سیر تکاملی کنترل کننده ها —————————————————————————————————-۲۷

فصل دوم :
« انتقال اطلاعات در صنعت »————————————————————————— ۲۹

مقدمه —————————————————————————————————————————– ۲۹
معماری شبکه ————————————————————————————————————— ۳۱
لایه فیزیکی ——————————————————————————————————————- ۳۲
لایه دیتا لینک —————————————————————————————————————— ۳۲
لایه شبکه ———————————————————————————————————————- ۳۲
لایه انتقال ———————————————————————————————————————– ۳۲
لایه session —————————————————————————————————————— 33
لایه Application ———————————————————————————————————– 33
استانداردهای معروف لایه فیزیکی شبکه های صنعتی ————————————————————- ۳۴
Rs232 —————————————————————————————————————————- 34
RS449 —————————————————————————————————————————- 35
RS530 —————————————————————————————————————————– 35

RS423 ————————————————————————————————————————– 35
RS422 —————————————————————————————————————————- 35
RS485 ————————————————————————————————————————— 36

گذرگاه H1 ———————————————————————————————————————— 36
گذرگاه H2 ————————————————————————————————————————- 37
HART ————————————————————————————————————————– 37
معرفی واسط های انتقال و عوامل موثر در انتقال ——————————————————————- ۳۷
کابل کواکسیال ——————————————————————————————————————— ۳۷
زوج سیم به هم تابیده ———————————————————————————————————- ۳۸
فیبر نوری ————————————————————————————————————————– ۳۸
پروتکل ها و استانداردها —————————————————————————————————– ۴۰
استانداردهای اترنت ——————————————————————————————————— ۴۰
پروتکل MAP ————————————————————————————————————— 40
عنوان صفحه

پروتکل TOP —————————————————————————————————————— 41
پروتکل TCP/IP ————————————————————————————————————– 41
پروتکل SNA ——————————————————————————————————————– 42
پروتکل MM ——————————————————————————————————————— 42
استاندارد Bus Field———————————————————————————————————— 42
استاندارد Profi Bus ——————————————————————————————————- 43

فصل سوم :
« کنترل کننده های برنامه پذیر PLC »—————————————————- ۴۳

مقدمه ——————————————————————————————————————————- ۴۳
مقایسه سیستم های کنترلی مختلف ——————————————————————————————-۴۴
توجهات خاص در بکار گیری سیستم های PLC ————————————————————————–45
سخت افزار PLC ——————————————————————————————————————-46
ماژول منبع تغذیه ———————————————————————————————————————۴۷
واحد پردازش مرکزی —————————————————-

———————————————————-۴۷
حافظه ———————————————————————————————————————————–۴۸
ماژول های ورودی —————————————————————————————————————-۴۸
ماژول های خروجی —————————————————————————————————————–۴۹
ماژول تغییر شکل سیگنال ———————————————————————————————————۴۹
ماژول ارتباط پروسسوری —————————————————————————————————— ۵۰
ماژول رابط IM ———————————————————————————————————————50
انواع محیط های برنامه نویسی و امکانات نرم افزاری در PLC ————————————————— 50
زبان های برنامه نویسی PLC ———————————————————————————————– 51
زبان SFC ————————————————————————————————————————- 51
حالت های مختلف برای اتصال Step و Transition ——————————————————- ——— 55
ماکرو Step ————————————————————————————————————————– 56
زبان FBD ————————————————————————————————————————— 57
زبان LD ————————————————————————————————————————— 58
زبان ST —————————————————————————————————————————- 59
زبان IL ————————————————————————————————————————– 59
توابع کنترل پیوسته در PLCها ————————————————————————————————۶۰
ماژول های PID ——————————————————————————————————————-60
برنامه ریزی ماژول های PID ————————————————————————————————- 61
کاربرد ماژول های PID ——————————————————————————————————– 61
ارتباط در PLCها —————————————————————————————————————– ۶۲
ارتباط سریال ———————————————————————————————————————— ۶۲
فاصله انتقال ————————————————————————————————————————- ۶۳
عنوان صفحه

حلقه جریان ۲۰ mA ————————————————————————————————————– 63
۴۲۳/۴۲۲ RS ———————————————————————————————————————– 63
ارتباط PLCها ، ماژول ها و برنامه ریزی ——————————————————————————– ۶۴
ارتباط بین چندین PLC ———————————————————————————————————– 65
شبکه های محلی ——————————————————————————————————————– ۶۵
کنترل گسترده ————————————————————————————————————————۶۶

فصل چهارم :
« سیستم های کنترل گسترده DCS »—————————————————— ۶۷

مقدمه —————————————————————————————————————————– ۶۸
ایجاد سیستم های کنترل کسترده DCS ————————————————————————————- 68
ساختار سیستم های DCS —————————————————————————————————— 70
اعمال کمپیوتر مرکزی ———————————————————————————————————- ۷۲
سطوح کاری ——————————————————————————————————————— ۷۴
سطح کنترل مستقیم پروسه —————————————————————————————————— ۷۵
سطح کنترل مدیریتی ————————————————————————————————————— ۷۶
سطح کنترل ترتیبی تولید ———————————————————————————————————– ۷۶
سطح کنترل مدیریت پلانت ———————————————————————————————————-۷۶
برخی از مزایای DCS ————————————————————————————————————–79
Data Base Organization ————————————————————————————————–79
اصول کاری سیستم های DCS —————————————————————————————————84
المان های سیستم ———————————————————————————————————————۸۷
ارتباط ماشین با انسان ————————————————————————————————————–۸۷
سطح صفر(حوزه میدان) ———————————————————————————————————–۸۸
A500 & Procontrol I ——————————————————————————————————-90
ایستگاه واسطه ————————————————————————————————————————۹۰
ایستگاه کامپیوتر مرکزی ———————————————————————————————————–۹۱
قسمت نمایشگر ————————————————————————————————————————۹۲
ساختار و چگونگی نمایش دادن ————————————————————————————————–۹۳
نمایش میله ی استاندارد ————————————————————————————————————۹۴
صفحه کلید ——————————————————————————————————————————۹۵
کاربردها ———————————————————————————————————————————۹۶

عنوان صفحه

فصل پنجم :
« سیستم های اتوماسیون APACS »———————————————————— ۹۶

مقدمه ——————————————————————————————————————————- ۹۷
Controller Configuration Software ——————————————————————————- 97
بسته های نرم افزاری APACS ————————————————————————————————98
Configuration Software ————————————————————————————————–98
امکانات Mation 4 ————————————————————————————————————–99
واسط اپراتوری (Operator Interface) ——————————————————————————99
Internet Based viewer —————————————————————————————————-101
Historian Open ————————————————————————————————————-101
Industry specific Options ——————————————————————————————–102
Unix-Based operator Interface ———————————————————————————–102
سایر ویژگی های APACS —————————————————————————————————-103
سخت افزار سیستم APACS —————————————————————————————————103
افزونگی (Redundancy) —————————————————————————————————-104
معماری سخت افزاری APACS ———————————————————————————————-105
سیستم محلی ———————————————————————————————————————–۱۰۶
Plantwide System ——————————————————————————————————–106
QUADLOG ———————————————————————————————————————107
بسته های سخت افزاری APACS ——————————————————————————————108
انواع پیکربندی MODULPAC 1000 ——————————————————————————–110
MODULPAC 2000 —————————————————————————————————–112
RACKs(قفسه ها) سیستم APACS ———————————————————————————–115
I/O RACK Remote ——————————————————————————————————-116
I/O Bus —————————————————————————————————————————–117
Power Bus ———————————————————————————————————————–117
نصب I/O RACK Remote ———————————————————————————————-118
شناسایی سخت افزار ————————————————————————————————————–۱۱۸
آماده سازی ————————————————————————————————————————-۱۱۹
ملاحظات محیطی ——————————————————————————————————————۱۲۱
مونتاژ I/O RACK Remote ——————————————————————————————– 122
کابل I/OBUS و اتصالات موازی/ جامپر ——————————————————————————۱۲۳
MODULRAC ———————————————————————————————————-124
SIXRAC ————————————————————————————————————————125
UNIRAC ———————————————————————————————————————-125
عنوان صفحه

RIS ——————————————————————————————————————————-126
ویژگی های سخت افزاری RIS ——————————————————————————————–126
قابلیت های RIS ——————————————————————————————————————-127
ماژول های کنترل —————————————————————————————————————–۱۲۸
پیکربندی (Configuration) ———————————————————————————————–130
شرح مدار ماژول کنترل +ACM ——————————————————————————————-130 WATCHDOG/RESET—————————————————————————————————131
Time Out & Bus Arbitration Bus —————————————————————————–131
RAM and ROM ————————————————————————————————————131
Serial ports ———————————————————————————————————————132
MODULBUS ————————————————————————————————————–132
I/O BUS ————————————————————————————————————————–133
SCSI REDUNDANCY ————————————————————————————————133
ماژول های I/O ——————————————————————————————————————134
توصیف مدار SDM ————————————————————————————————————136

فصل ششم :
« سیستم های SCADA »———————————————————————————۱۳۷

SCADA چیست؟ ————————————————————————————————————-۱۳۷
معماری SCADA—————————————————————————————————————138
ارتباطات —————————————————————————————————————————۱۳۹
واسط ها —————————————————————————————————————————-۱۳۹
REDUNDANCY ———————————————————————————————————140
MMI —————————————————————————————————————————-141
Handing Alarm ———————————————————————————————————-141
Logging / Archiving —————————————————————————————————142
ایجاد گزارش ———————————————————————————————————————۱۴۲

فصل هفتم :
« سیستم های FIELD BUS و مقایسه آنها با سیستم های DCS »

مقدمه —————————————————————————————————————————–۱۴۳
نحوه عملکرد سیستم های FCSدر مقایسه با DCS ———————————————————–145
مدل مرجع OSI —————————————————————————————————————-147
عنوان صفحه

انواع لایه های فیلد باس —————————————————————————————————–۱۴۷
لایه فیزیکی ———————————————————————————————————————۱۴۷
لایه پشته ارتبطات ———————————————————————————————————–۱۴۸
لایه کاربردی ——————————————————————————————————————–۱۴۸
دسته بندی فیلد باس ——————————————————————————————————–۱۴۸
توپولوژی های فیلد باس —————————————————————————————————-۱۴۹
Chain daisy Topology————————————————————————————————-149
Tree Topology ————————————————————————————————————-150
Spur Topology ————————————————————————————————————151
Point to Point Topology —————————————————————————————151
مقایسهFCS و DCS و مزایا و معایب آنها نسبت به یکدیگر ———————————————-۱۵۳
سایر مزایایFCS ———————————————————————————————————–156
خاصیتInteroperability ادوات FCS ————————————————————————-157
معایب فیلد باس —————————————————————————————————————-۱۵۹
انواع بلوک های استاندارد ————————————————————————————————-۱۵۹

فصل اول :
مقدمه ای بر سیستم های کنترل

کنترل و اتوماسیون
در هر صنعتی اتوماسیون سبب بهبود تولید می گردد که این بهبود هم در کمیت ومیزان تولید موثر است و هم در کیفیت محصولات.هدف از اتوماسیون این است که بخشی از وظایف انسان در صنعت به تجهیزات خودکار واگذار گردد.بسیاری از کارخانه ها کارگران خود را برای کنترل تجهیزات می گمارند و کارهای اصلی را به عهده ماشین می گذارند. کارگران برای اینکه کنترل ماشینها را به نحو مناسب انجام دهند لازم است که شناخت کافی از فرایند کارخانه و ورودیهای لازم برای عملکرد صحیح ماشینها داشته باشند.یک سیستم کنترل باید قادر باشد فرایند را با دخالت اندک یا حتی بدون دخالت اپراتورها کنترل نماید.در یک سیستم اتوماتیک عملیات شروع،تنظیم و توقف فرایندبا توجه به متغیر های موجود توسط کنترل کننده سیستم انجام می گیرد.
مشخصات سیستمهای کنترل
هر سیستم کنترل دارای سه بخش است: ورودی ، پردازش و خروجی .
بخش ورودی وضعیت فرایندو ورودیهای کنترلی اپراتور را تعیین کرده ومی خواند بخش پردازش با توجه به ورودیها، پاسخهاو خروجیهای لازم را می سازدو بخش خروجی فرمانهای تولید شده را به فرایند اعمال می کند.در کارخانه غیر اتوماتیک بخش پردازش رااپراتورها انجام می دهند. اپراتور با مشاهده وضعیت فرایند، به طور دستی فرامین لازم را به فرایند اعمال می کند.

ورودیها
در قسمت ورودیها،مبدلهای موجود در سیستم، کمیتهای فیزیکی را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می کند.در صنعت مبدلهای زیادی نظیر دما، فشار،مکان، سرعت، شتاب و غیره وجود دارند.خروجی یک مبدل ممکن است گسسته یا پیوسته باشد.
خروجیها
در یک کارخانه عملگرهایی وجود دارند که فرامین داده شده به آنها را به فرایند منتقل می کنند.پمپها، موتورهاو رله ها از جمله این عملگرها هستند.این وسایل فرامینی را که از بخش پردازش آمده است (این فرامین معمولا الکتریکی هستند) به کمیتهای فیزیکی دیگر تبدیل می کنند.مثلایک موتور،سیگنال الکتریکی را به حرکت دوار تبدیل می کند.ادوات خروجی نیز می توانند عملکرد گسسته ویا پیوسته داشته باشند.

پردازش
در یک فرایند غیر اتوماتیک اپراتورها با استفاده از دانش و تجربه خودوبا توجه به سیگنالهای ورودی،فرامین لازم را به فرایند اعمال می کنند.اما در یک سیستم اتوماتیک،قسمت پردازش کنترل که طراحان در آن قرار داده اند، فرامین کنترل را تولید می کنند.طرح کنترل به دو صورت ممکن است ایجاد شود.یکی کنترل سخت افزاری و دوم کنترل برنامه پذیر.

در یک سیستم با کنترل سخت افزاری،بعد ازنصب سیستم، طرح کنترل ثابت و غیر قابل تغییر است. اما در سیستمهای کنترل برنامه پذیر.طرح کنترلی در یک حافظه قرار داده می شود و هر گاه لازم باشد،بدون تغییر سخت افزار و فقط برنامه درون حافظه، طرح کنترل را می توان تغییر داد.
انواع فرایندهای صنعتی
در صنایع امروز طیف متنوعی از فرایندهای تولید وجود دارند.از نظر نوع عملیاتی که در فرایند انجام می شود،فرایند ها را می توان به سه گروه تقسیم کرد:
• تولید پیوسته

• تولید انبوه
• تولید اجزای جدا
سیستم کنترلی که برای یک فرایند بکار گرفته می شودباید با توجه به نوع آن باشد.
فرایند تولید پیوسته
در یک تولید پیوسته مواد در یک ردیف و بطور پیوسته وارد فرایند شده و در سمت دیگر،محصول تولیدی خارج می گردد. فرایند تولید، ممکن است در یک مدت طولانی به طور پیوسته در حال انجام باشد.تولید ورق فولاد نمونه ای از فرایند است. در خط تولید ورقه فولاد.بلوکهای گداخته فولاد ازبین چندین غلتک عبور می کند و تحت فشار قرار می گیرد. در اثر فشار ضخامت قطعه فولاد رفته رفته کم شده و در انتهای خط تولید ورقه فولاد تولید می گردد. بسته به طول فولاد چندین دقیقه طول می کشد تا تولید یک ورقه، کامل گردد.
فرایند تولید انبوه
در چنین فرایندی میزان مشخصی از مواد اولیه وارد خط شده و پس ازطی مراحل تولید مقدار مشخصی محصول به وجود می آید.
فرایند تولید اقلام مجزا
در این نوع فرایند،هر محصول در طول خط تولید از قسمتهای مختلفی می گذردو در هر بخش، عملیات مختلفی روی آن انجام می گیرد. در هر قسمت ممکن است اجزایی به محصول اضافه شود تا در انتهای خط تولید، محصول کامل ساخته شود.
استراتژی کنترل
کنترل حلقه باز
ایده اصلی در این کنترل این است که سیستم تا حد ممکن دقیق طراحی شود. به طوری که خروجیهای دلخواه را تولید کند و هیچ اطلاعاتی را از خروجی فرایند بهکنترل کننده برگردانده نشود تا کنترل کننده تشخیص دهد آیا خروجی در حد مطلوب است یا خیر.بدین خاطر ممکن است خطای خروجی در بعضی مواقع خیلی زیاد باشد. در یک سیستم با کنترل حلقه باز تا وقتی که اختلال و جود نداشته باشد فرایند به خوبی عمل می کند، اما اگر اختلال نا خواسته ای باعث شود،خروجیها از حد مطلوب خارج شونددر این صورت ممکن است سیستم کلی از کنترل خارج شود.

کنترل پیشرو
درموقعی که اختلالات خارجی که بر عملکرد سیستم تاثیر می گذارد شناخته شده باشند می توان با مشاهده و اندازه گیری میزان اختلال تا حد امکان اثر اختلال را جبران نمود. این نوع کنترل را کنترل پیشرو می گویند. این نحوه کنترل هنگامی که میزان اختلال کم باشد و بتوان به طور دقیق آن را اندازه گرفت مناسب است. اما اگر اختلا

ل خیلی زیاد باشد شیوه مناسبی نیست. همچنین در مواقعی که اندازه گیری خروجی به طور مستقیم امکان پذیر نباشد،این نوع کنترل مناسب نیست.

کنترل حلقه بسته (Field back) :
در این کنترل برای جبران اثر اختلال ، خروجی سیستم اندازه گیری می شودو در صورتی که خروجی از مقدار مطلوب فاصله داشته باشد،تدابیر کنترلی مناسب برای جبران آن اعمال می شود.به این صورت که خروجی سیستم اندازه گیری شده و تفاوت آن با مقدار مطلوب محاسبه می گردد. تفاوت بین این دو کمیت به کنترل کن

نده داده شده و کنترل کننده با توجه به میزان این خطا فرایندرا کنترل می نماید.
سیگنال خطا = نقطه تنظیم – میزان اندازه گیری شده E=SP-MV
باید توجه کرد که صفر نمودن خطا در عمل امکان پذیر نیست ودر هر سیستم کنترلی همیشه تفاوت ناچیزی بین خروجی مطلوب و خروجی واقعی وجود خواهد داشت، اما تا وقتی که این خطا تا حد قابل قبول باشد از آن چشم پوشی می گردد.

انواع کنترلرها
کنترلر مغز متفکر یک پردازش صنعتی است و تمامی فرامینی راکه یک متخصص در نظر دارد اعمال کند تا پروسه، جریان استاندارد خود را در پیش گیرد و نهایتا پاسخ مطلوب حاصل شود از طریق کنترلر به سیستم فهمانده می شود. در واقع هرگاه پروسه های صنعتی به تنهایی و بدون استفاده از کنترل کننده در حلقه کنترل قرار گیرند معمولا پاسخهای مطلوبی را به لحاظ ویژگیهای گذرا یا ماندگار نخواهند داشت.بنابراین انتخاب و برنامه ریزی یک کنترلر مناسب از مهمترین مراحل یک پروسه صنعتی است.انتخاب کنترلر با توجه به درجه اهمیت پاسخ گذرا یا ماندگار و یا هردو و همچنین ملاحظات اقتصادی ویژه صورت می پذیرد.
یک کنترلر چگونه عمل می کند؟
در ابتدا سیگنال خروجی از سنسور وارد کنترلر می شود و با مقدار مبنا مقایسه می گردد و نتیجه مقایسه که همان سیگنال خطا می باشد، معمولا در داخل کنترلر هم تقویت شده و هم بسته به نوع کنترلر و پارامترهای مورد نظر، عملیاتی خاص روی ان انجام می گیرد سپس حاصل این عملیات به عنوان سیگنال خروجی کنترل کننده به بلوک بعدی وارد می شود.
مقایسه سیگنالها و تقویت اولیه در همه کنترلر ها صرف نظر از نوع انها انجام می گیرد ،در واقع این عملیات بعدی است که نوع کنترلر را مشخص می کند.

کنترلرها از نظر نوع عملکرد به انواع زیر تقسیم ب

ندی می شوند:
کنترلرهای ناپیوسته (گسسته):
• کنترلر های دو وضعیتی:این نوع کنترلر ها ساختمانی ساده و کم حجم دارند و به نسبت ارزنتر از دیگر کنترلرهای پیچیده هستند به همین خاطر کاربردهای فروانی در صنعت ودر مکانهایی که کنترل ترکیبی ،پیوسته و پیچیده مورد نظر نیست دارند.
• کنترلر های سه وضعیتی
• کنترلرهای چند وضعیتی

شکل۱-۵ : انواع کنترلر ها
کنترلرهای پیوسته:

کنترلر تناسبی: (Proportional)
دراین نوع کنترلربین خروجی و ورودی یک نسبت مستقیم وجود دارد با یک ضریب مشخص که آنرا گین یا بهره کنترل کننده می نامند.
سیگنال خطا *Kp = خروجی

البته کنترلر تناسبی به تنهایی کافی نیست. زیرا وقتی خروجی سیستم بسمت مقدار مطلوب پیش می رود، خطا کاهش یافته و در نتیجه خروجی کنترلی نیز کم می گردد.
بنابراین همواره یک خطای ماندگار بین مقدار مطلوب و خروجی واقعی وجود دارد.
این خطا را می توان با افزایش بهره کنترل کننده کاهش داد اما باعث ناپایداری سیستم و نوسان خروجی می شود. برای حل این مشکلات معمولا کنترلرتناسبی را همراه کنترلرهای مشتق و انتگرال بکار می برند.
کنترلر انتگرالی(Integral):
همانطور که از نامش پیداست بین ورودی و خروجی یک رابطه انتگرالی برقراراست
این کنترلر برای جبران خطای ماندگار به کار می رود،زیرا تا وقتی که خطایی در خروجی وجود داشته باشد،جمله انتگرال تغییر پیدا می کند و در نتیجه خطای خروجی رفته رفته کاهش می یابد.
کنترلر تناسبی – انتگرالی (PI) :
کنترلر PIترکیبی از کنترلر انتگرالی و تناسبی است که به صورت موازی بهم وصل شده اند.(شکل۲-۵) این کنترلر اگر بطور صحیح طراحی شود مزایای هردونوع کنترل انتگرالی و تناسبی را خواهد داشت .پایداری ، سرعت و نداشتن خطای حالت ماندگار از ویژگیهای این کنترلر است.

شکل ۲-۵ : کنترلر PI
کنترلر تناسبی – مشتق گیر(PD):
کنترلر PDاز ترکیب موازی دونوع کنترلر مشتق گیر و انتگرالی ایجاد می شود.
کنترلرمشتق گیردارای این مشخصه است که خود را سریعا با تغییرات ورودی هماهنگ می کنند
لذا در مواردی که پاسخ سریع خروجی مد نظر است می توان از این نوع کنترلر ها استفاده کردامااز انجایی که عمل مشتق گیری باعث تقویت نویزهای موجود در محیط پروسهمی شوندو به علاوه مشتق گیرها تنها نسبت به تغییرات ورودی حساسیت نشان می دهند

بنابراین مشتق گیرها به تنهایی مورد استفاده قرار نمی گیرند بلکه هرگاه نیاز به خاصیت مشتق گیری در یک پروسه باشد ، کنترلرآان را به صورت مشتق گیر-تناسبی یا مشتق گیر-انتگرالی یا مشتق گیر-تناسبی – انتگرالی می سازند.
کنترلرPID:
این نوع کنترلر از ترکیب موازی سه کنترلر تناسبی ،انتگرالی و مشتق گیر ایجاد می شود و متداولترین نوع کنترلر در صنایع می باشد.

شکل۳-۵ : کنترلرPID
انواع دیگری از کنترلرها که از نظر منبع تغذیه مورد استفاده ،ساختمان داخلی و انواع کاربردها با کنترلر های ذکرشده در بالا اندکی متفاوت هستند.

• کنترلرهای نیوماتیکی (Pneumatic):
این نوع کنترلر از باد و هوای فشرده بعنوان منبع تغذیه استفاده می کند.بدلیل ساختمان ساده،راحتی تعمیر و نگهداری ، ایمنی در برابر انفجار و اتش سوزی و ارزانی انها کاربردهای فراوانی در صنعت داشته اند و امروزه بدلیل جایگزین شدن سیستمهای پیچیده الکترونیکی و نرم افزارهای کنترلی قابل تغییر و پیاده سازی بر روی سیستمهای الکترونیکی ،کمتراز کنترلر هاینیو ماتیکی استفاده می شود.
• کنترلر های هیدرولیکی (Hydraulic):
این نوع کنترل کننده ها از نیروی روغن هیدرولیک تحت فشار به عنوان منبع تغذیه استفاده می کنند، مزایای زیادی که اینگونه سیستمها دارند، باعث شده تا جای خوبی برای خودشان در صنعت باز کنندو در جاهایی که حرکات تحت فشار و وزن بالا انجام می پذیرد سیستمهای هیدرولیک بهترین و دقیق ترین عملکرد را از خود نشان می دهند کنترلر های هیدرولیک علاوه برقابلیت انجام حرکت سنگین بطور پیوسته دارای دقت و سرعت عمل بسیار خوبی نیز می باشند.امروزه باوجود جایگزینی مدلهای الکترونیکی پیچیده تر و کارامدتر هنوز هم نمی توان کارایی های بالا و منحصر بفرد سیستمهای هیدرولیکی را نادیده گرفت.
• کنترلرهای الکترونیکی (Electronic):
کنترلرهای الکترونیکی ، کنترلرهایی هستند که از نیروی الکتریسیته جهت کنترل، هدایت و فرمان دادن استفاده می کنند .
سیر تکاملی کنترل کننده ها
در سال ۱۹۴۰ برای نماسازی دستگاههای کنترلی از سیگنال فشار ۳psi تا ۱۵psi استفاده می شده است .
در سال ۱۹۶۰سیگنالهای استاندارد انالوگ ۴mA-20mA برای کنترل ابزار دقیق مورد استفاده قرار گرفته است در همان زمان برخی از استانداردهای دیگر نیز بوجود آمد.

توسعه پردازنده دیجیتال در دهه ۷۰میلادی ، استفاده از کامپیوترهای رابرای نماسازی و کنترل یک سیستم ابزار دقیق از یک نقطه مرکزی توسعه داد.
در دهه ۹۰ برای بهینه سازی اجرای سیستم های کنترل و فشردگی بیشتر سیستها فیلدباس ایجاد گردید که به تدریج استاندارد شد.انچه تصویرزیربیان می کند این است که سیر پیشرفت علم کنترل از اتوماسیون مکانیکی اغاز گردیده و سپس با اتوماسیون پنوماتیک ادامه یا

فته و پس ازآن بسمت الکتریکی شدن پیش رفته است .
پس از ایجاد کنترل کننده های قابل برنامه ریزی ، انفور ماتیک و الکترونیک رشد کرده و به شیوه الکترونیکی در حجم گسترده تری بوجود آمده است.

فصل دوم
انتقال اطلاعات در صنعت
مقدمه:
در سالهای اخیر مسئله بر قراری ارتباط در پروسه های صنعتی رشد چشمگیری داشته است. پیش از این ارتباط درصنعت و پروسه های کنترل صنعتی به فرستادن سیگنال از جانب یک مرکز کنترل به مرکز فرماندهی خلاصه می شد. اما امروزه تمام کنترل کننده های کوچک و بزرگ (PLCs) در هر نقطه ای از فیلد که باشند باید با یکدیگر و در نهایت بامرکزکنترل مربوط به خود ارتباط بر قرار کنند و همین امر باعث پیچیده شدن هرچه بیشتر سیستمهای ارتباطی خواهد شد.
PLCها امروزه طوری طراحی و سا خته می شوند که بجز وظیفه اصلی و مهم خود که همان اجرای فرامین کنترلی تعریف شده و کنترل اتو ماتیک یک پروسه صنعتی است، بتوانند موارد مهم دیگری از قبیل برقراری ارتباط با مرکز کنترل و دیگر کنترل کننده های داخل فیلد را نیز بر عهده بگیرند. بنابراین در ساختار داخلی آنها پیش بینی های لازم جهت استفاده از ابزار ها و لوازم خاص ارتباطی صورت گر فته است.
به عنوان مثال می توانیم یک سیستم PLC که در محل خط تولید قرار دارد و توسط ترمینال مخصوص شبکه محلیLAN(Local area network) به ماشینهای مرکز کنترل که در محل اتاق کنترل کار خانه قرار دارند، متصل کنیم و از همانجا ، PLCرا کنترل کنیم.
مثلا می توانیم بهPLC فرمان دهیم تا رو تین کنترلی مربوط به تولید قطعه ای خاص را اجرا کرده، فرامین آنرا صادر کندو همچنین بر روند کل پروسه نظارت کامل داشته باشد. سپس نفر بعدی که در شیفت بعدی فعالیت می کند ، می تواند یک گزارش کامل از چگونگی کنترل پروسه توسط PLC مورد نظر را تهیه کرده و از روی آن تعداد قطعات سالم و خراب و حتی زمانهای از دست رفته و تلف شده در حین تولید را محاسبه کند. مرکز تعمیرات کارخانه نیز می تواند با استفاده ازروشهای ارتباطی و مخابراتی، از بروزاشکال در هریک از ماشینهای کارخانه اطلاع حاصل کرده و پرسنل تعمیرکاری را جهت رفع اشکال اعزام دارد،
مرکز تعمیرات حتی می تواند با اطلاع داشتن از وضعیت کلیه ماشینهای خراب، اولویت تعمیر را به هر کدام از آنها واگذار کند.
برای درک بهتر مطلب شکل۱-۱ را که بلوک دیاگرام معماری شبکه ارتباطی را در بخشی از کارخانه نشان می دهد ، ببینید.

شکل ۱-۱: شبکه محلی PLCsو شبکه گسترده ETHENET بین کار خانه ها
همانطور که در شکل مشخص شده هر ماشین یک PLCدارد که آنها توسط شبکه محلی LAN بهم مر تبط هستند و همگی روی لینک ارتباطی شبکه گسترده Ethernetبه هم مرتبط می شوند.
در نگاه اول ممکن است اینطور به نظر برسد که PLCها و کنترل کننده های محلی تمامی اطلاعات در یافت کرده و جمع آوری کرده را مستقیما به کامپیوتر های اصلی در مرکز کنترل کارخانه ارسال می کنند، اما در عمل چنین چیزی غیر ممکن است ، زیرا با ارسال چنین حجم بزرگی از اطلاعات ، که در صد بسیار زیادی از آنها نیز برای مرکز کنترل بی ارزش محسوب می شوند،کامپیوتر های مرکز کنترل دچار مشکل شده و خیلی زود از کار خواهند افتاد.
امروزه PLCها و کنترل کننده های محلی، خود به تنهایی قادر به آنالیز اطلاعات ج

مع آوری شده می باشند ، بنابراین پس از بررسی و آنالیز اطلاعات می توانند موارد سودمند و قابل استفاده برای سیستم کنترل را به مرکز کنترل ارسال کرده تا از آنها استفاده شود و در ضمن نسخه پشتیبان نیز از این اطلاعات تهیه خواهد شد.
شبکه های محلی در محیط های صنعتی امروزه امکان استفاده های مختلفی را برای بخش ها و قسمت های مختلف کارخانه فراهم آورده اند، به عنوان مثال سیستم شبکه محلی کامپیوتر ها بین بخش های مختلف کارخانه که شامل امکانات پست الکترونیکی و انتقال اطلاعات بین کارمندان است،می تواند در کنار شبکه های صنعتی PLC، روی لینک شبکه محلی LAN قرار گیرد و یک سیستم ارتباطی جامع را پدید آورد.
معماری شبکه:
در سالهای اخیر تولید کنندگان تجهیزات الکترونیکی و خصوصا سازندگان کنترلر ها و PLCها متو جه ساخت سیستمهای ارتباطی شده اندو اغلب آنها را ههایی را برای ارتباط بین سیستم های کنترل ساخت خودشان پیشنهاد می کنند.
اما با گذشت زمان و پیشرفت روز افزون صنایع و رشد چشمگیر آنها استفاده از یک نوع کنترلر و PLC در تمام سطوح کارخانه ای بزرگ امری غیر ممکن می نماید و بنابراین باید چاره ایی اندیشید تا کنترلرها وPLCهای مختلف از مارک ها و مدل های مختلف که هر کدام به کنترل سیستمی خاص می پردازند(مثل کنترلر دستگاههای CNCیا روباتهای مونتاژگر) بتوانند با یگدیگر ارتباط بر قرار کنند
بنابراین مدلی جامع متشکل از هفت لایه مجزا، به نام مدل ISO برای تعریف شبکه در نظر گرفته شد، شکل۱-۲،مدل هفت لایه ای ISO را نشان می دهد.

شکل۱-۲ :مدل هفت لایه ا یISO

تمام تجهیزات الکترونیکی در زمینه شبکه های ارتباطی امروزه از یک یا چند

لایه از این مدل استفاده می کنند و فعالیتهای ارتباطی خود را تحت پوشش این استاندارد قرار داده اند. در این بخش سعی خواهیم کرد که تو ضیح مختصری در مورد هر یک از لایه ها به شما ارائه دهیم.
لایه فیزیکی(Physical Layer):
ساده ترین لایه موجود لایه فیزیکی است که در موردشرایط جابجایی سیگنال های الکتریکی در طول خطوط و ما بین ابزار های مختلف شبکه به بحث می پردازد.
نوع و شرایط کابل ها و سیم های ارتباطی و انواع سیگنال های مختلف مثل سیگنالهای و پالسهای on/offو شرایط انتشار آنها در این بخش مورد بحث قرار می گیرند،

اما مقوله تشخیص خطا و رفع آن در محدوده کاری لایه فیزیکی نمی باشدو تنها در مورد رابطه های فیزیکی که کانال های مختلف را به هم مرتبط می کنند، صحبت می کند.
لایه دیتالینک(Data link Layer):
این لایه در ترکیب با لایه فیزیکی می تواند ضریب اطمینان کار با شبکه را تا حد بسیار زیادی بالا ببرد، زیرا این لایه به بحث در مورد تشخیص خطا یاError Detection می پردازد وهمچنین پس از پرداختن به مقوله تشخیص خطا در امر رفع ان خطا نیز راه حل های مناسبی را ارائه خواهد کرد.
بنابراین بحث در مورد Error Detectionو Error Recovery از مباحث مربوط به این بخش می باشد.همچنین موارد دیگری نظیر کنترل جریان اطلاعات یاData Flow که شامل نکاتی از قبیل زمان شروع و پایان ارسال و دریافت اطلاعات، تعاریف مربوط به بسته بندی یاPackage اطلاعات(طول کلمه دیتا و چگونگی شروع و خاتمه ان) تعاریف مربوط به زمان بندی بر قراری ارتباط جهت ارسال و دریافت اطلاعات ، چگونگی اعلام دریافت اطلاعات(با و بدون خطا) توسط گیرنده،تعاریف مربوط به زمان لازم برای ماندن در حالت انتظار جهت دریافت و ارسال اطلاعات و مواردی دیگرشبیه به اینها هستندنیز در حوزه کار لایه دیتالینک قرار دارد.
لایه شبکه(Net work Layer):
کار این لایه ارائه یک مکانیزم مناسب و کارآمد برای شبکه سراسری است در واقع این لایه یک مکانیزم ارائه اطلاعات برای لایه انتقال دهنده آنها ارائه می دهد، مثل شبکه ای از چند PLC مختلف که اطلاعات کلی خودشان را به یک کامپیوتر اصلی ارائه می دهند.
لایه شبکه از ترکیب سخت افزار و نرم افزار های مناسب برای ارائه پروتکل های کارامد ارتباطی نظیر X.21,X.25,X.75 استفاده کرده و مناسب ترین روش های فشرده سازی اطلاعات جهت دستیابی به سرعت های بالاتر ارتباطی را ارائه می دهد.
لایه انتقال(Transport Layer):
این لایه در مورد اتصال وارتباط یک شبکه با شبکه ای دیگر صحبت می کند،در واقع از این لایه به بعد،شبکه خیلی تخصصی تر و دقیق تر شده و هرکدام می توانند پیچیدگی های خاص خو دشان را داشته با شند،اما اغلب شبکه دارای نکات بسیارمشابهی در سه لایه اولیه هستند.در این لایه همچنین درمورد استفاده از لایه های بالاترجهت نظارت برکار لایه های پائین تربحث می شود.
Session Layer
این لایه در مورد برقراری یک جلسه ارتباطی از طریق شبکه، بین دو کاربر مختلف صحبت می کند، بحث اصلی در مورد برقراری ارتباط، نگه داشتن آن در طول زمان تعیین شده و در نهایت قطع ارتباط در موقع لازم ، می باشد.به عنوان مثال دفتر تعمیرات کارخانه می تواند از طریق ارتباط با شبکه داخلی کارخانه با قسمت تدارکات ارتباط برقرار کرده و مو قع خرید لوازم مورد نیاز را گزارش دهد، استاندارد های تعریف شده برای این لایه عبارتند از: CCITT,X212,ISO8326
Application Layer
این لایه امکاناتی را جهت هماهنگ کردن تمام لایه ها با یکدیگر جهت برقراری ارتباط و ارسال و دریافت اطلاعات با لایه ها و شبکه های دیگرارائه می دهد و اگر اختلافی بی

ن لایه های مختلف و سیستم های مختلف وجود داشته باشد، این لایه می تواند راه حلی مناسب جهت هماهنگی ارائه دهد.
به عنوان مثال فرض کنید که نرم افزاری خاص روی یکی از ترمینال های کارخانه در سال ۱۹۸۰نصب شده و هم اکنون نیز بکار خود ادامه می دهد و نرم افزار دیگری مثل یک سیستم پست الکترونیکی در سال ۱۹۹۰ در شبکه دفتر کار خانه قرار گرفته،لایه application می تواند م

شکل ۲-۲: ترمینالهای مخصوص دفتر نظارت و دفتر تعمیرات که از طریق شبکه بایکدیگر ارتباط دارند لایه session اطلاعات مربوط به هر بخش را جدا گانه نگهداری می کند.
استاندارهای معروف لایه فیزیکی شبکه های صنعتی
RS-232:
معمولترین و همگانی ترین استاندارد لایه فیزیکی RS-232 می باشد که سیر تکاملی آن از RS-232-C تا RS-232-F است. حداکثر انتقال داده به علت دامنه و ولتاژ زیاد نسبت به پروتکل های دیگر کمتر است.(حدود ۱۱۵ kbps) حداکثر فاصله دو ایستگاه ۱۶ متر است و دو نوع سیم بندی(۹و ۲۵ رشته) در آن استاندارد شده است .
ماوس ، صفحه کلید و مودم کامپیوترهای شخصی از این درگاه استفاده می کنند.محدوده ولتاژ “۱” منطقی در RS 232-C از ۳- تا ۱۵- و “ ۰” منطقی از۳+ تا ۱۵+ است.
RS-449:
این استاندارد جایگزین RS 232 در سرعتهای بالاتراز ۲۰ kbps شده است. دو نوع اتصال ۹و ۳۷ برای آن معرفی و استاندارد شده است. این استاتدارد هم اکنون منسوخ شده است و لیکن هنوز برخی از دستگاهها برای ارتباطات از این استاندارد استفاده می کنند.
RS-530:
توسعه یافته RS-449 و RS- 232 است و برای سرعت های بالا تر از ۲۰ kbps مناسب است. این استاندارد از خطوط بالانس وبرای اتصال ازDB-25 استفاده می نمایند به هر دو صورت سنکرون و آسنکرون قابل استفاده است و می تواند در دو حالت دو سویه و یک سویه کار کند. فاصله دو ایستگاه طبق استاندارد ۶۰ متر است.
RS-423:
این استاندارد در حقیت توسعه یافته RS 232 است تغییرات اساسی آن افزایش تعداد ایستگاهای گیرنده ،مسافت ارسال و سرعت می باشد.این پروتکل یک فرستنده را به چند گیرنده (تا ده ایستگاه) متصل می کند و حداکثر فاصله انتقال داده برای آن ۱۲۰۰ متر است . یکی از عوامل محدود کننده سرعت Slew Rate است . بدین معنا که دامنه ولتاژ در RS 232بالاست و به همین علت دست یافتن به سرعت بالا با توجه به خازن خط و پیچیدگی مدار مشکل است . برای افزایش سرعت لازم است دامنه سطوح و لتاژ کاهش یابد . در همین راستا ولتاژ منطقی “۱”در RS 423 برابر ۳۶v- تا ۶v- است و ولتاژ“۰” منطقی برابر ۳۶v تا ۶v است . بدنبال این تغییر، سرعت انتقال داده در RS 423 چهار برابر RS 232 است .
RS-422:
شباهت زیادی به RS 232 دارد ولی تا ۱۶گیرنده را پشتیبانی می کند. این پروتکل که از خطوط بالانس برای انتقال داده استفاده می کند، اثر نویز پذیری را بشدت کاهش داده است. در ورودی گیرنده ها از تقویت کننده دیفرانسیل استفاده شده است لذا به نسبت حذف مد مشترک ، نویز از بین می رود.

بیشترین سرعت این پروتکل در ۳ متر فاصله ، برابر ۱۰ Mbps است حداکثر فاصله می تواند ۱۲۰۰ متر باشد که متناسب باآن سرعت کاهش می یابد.
گیرنده و فرستنده بصورت ولتاژی کار می کند(از سیگنالهایی با جنس ولتاژی استفاده می کند)که این نوع رفتار باعث نویز پذیری بیشترنسبت به جریان می شود.

RS-485:
بیش از ۳۲ فرستنده و گیرنده را پشتیبانی می کند. در این استاندارد می توان بیش از یگ گره را به عنوان رئیس (Master)معرفی نمود زیرا مدارت سه وضعیتی هستند و با کمک یک مدار جانبی حالتهای مختلف یک خط را کنترل می کنند و به این روش گره هم قابلیت دریافت و هم ارسال خواهند داشت . در این پروتکل انتقال داده به صورت جریانی انجام می گیرد و بیشترین اعوجاج را در ورودی می پذیرد.
اثر نویز در انتقال جریانی کمتراز ولتاژی است زیرا میزان انرژی که بتواند جریانی را تولید کند و بر سیگنال جریان اثر بگذارد ، از معادل ولتاژی بیشتر است.بیشترین مسافت برای ارسال داده ۱۲۰۰ متر و رعایت حداقل طول (۳۰m) برای سیم رابط اتصال کابل شبکه به گذرگاه الزامیست. استفاده فراگیر از RS 485باعث ساخت کارتهای کامپیوتری و انواع مبدل برای این پروتکل شده است.
گذرگاه H1:
این استاندارد در IEC 1158-2تعریف شده است و با سرعت ۳۱۲۵ Mbps برای شبکه سازی سطوح بسیار اتوماسیون صنعتی یعنی سنسور-محرک استفاده می شود .سیم کشی بصوی شود ، پیاده سازی می شوند.
در صورتی که حفاظت و اطمینان واقعی مورد نیاز باشد، استاندارد، استفاده از۴ دستگاه متصل به شبکه رامجاز می داند. امروزه این پروتکل در میان استانداردهای گذرگاههای صنعتی جایگاهی ویژه پیدا کرده است.

گذرگاه H2:
گذرگاهی با سرعت بالا (حدود ۱۰۰ Mbps)است برای ایجاد شبکه در لایه میانی شبکه های صنعتی نظیر لایه سلول مناسب است.
Highway Addressable Remote Transducer): HART )
یک پروتکل ارتباطی که به صورت چشمگیری در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است.HART از یک فرکانس سطح پایین سینوسی برای انتقال داده دیجیتال به مقصد استفاده می کند.
این فرکانس برای صفر و یک منطقی ۱۲۰۰Hzو ۲۲۰۰Hzاست سرعت انتقال داده در ان به ۱۲۰۰bps محدود می شود که ضعف عمده این پروتکل ارتباطی است. مزایای این پروتکل عملکرد چند انشعابی، انتقال روی دو رشته سیم، کارکرد مناسب در محیطهای پر نویز و قابلیت برقراری ارتباط بین تجهیزات تولید کنندگان مختلف (Interoperability) می باشد.
۴-۲ معرفی واسطهای انتقال و عوامل موثر در انتخاب:
منظور از واسط انتقال ، نوعی اتصال فیزیکی میان ایستگاهای شبکه است که به واسطه ان پیغام ها میان دو یا چند استگاه ردو بدل می شوند. معروف ترین واسطهای انتقال در شبکه ها ، کابل کواکسیال، زوج سیم بهم تابیده و فیبرنوری می باشند که در ادامه خلاصه ای از ویژگیهای انها بیان خواهد شد. واسطهایی همچون گیرنده های رادیویی و مادون قرمز و همچنین خطوط انتقال تلفن و ماهواره ها نیز در برخی مواقع مورد استفاده قرار می گیرند.
۱ کابل کواکسیال:
این خط انتقال از یک هادی استوانه ای پر شده از دی الکتریک و یک هادی مرکزی تشکیل شده است. این واسط انتقال فیزیکی معمولا در اشکال ۵۰،۷۵،۹۱ اهم تولید می شوند. که درشبکه های ۱۰Mbpsو ۱۰۰Mbps بخوبی قابل استفاده هستند.

برای مثال شبکه های محلی ۱۰ base 5،۱۰ base 2، ۱۰ base T به ترتیب در فواصل ۵۰۰، ۲۰۰ و۱۰۰متر مورد استفاده قرار می گیرند.
نویز پذیری کابل کواکسیال در مقایسه با انواع مسی ( نظیر زوج سیم بهم تابیده) کمتر است. زیرا روکش مناسب تری برای آن استفاده می شود. بنابراین جهت انتقال در فواصل نسبتا طولان

ی نیز استفاده می شوند.
این کابلها علاوه بر استفاده عمومی در انتقال دیجیتال شبکه های محلی (LAN) که آنرا base bandگویند در ارسال داده های آنالوگ آنتن تلویزیون نیز بکار گرفته می شود.این نوع انتقال در

اصطلاح broad bandنامیده می شود.
۲زوج سیم بهم تابیده:
همچنان که از نام آن پیداست از بهم تابیدن دو هسته مسی عایق دار تشکیل شده است و در نوع روکش دار یا STP و بدون روکش یا UTP تولید می شود.درنوع روکش دار، برروی سیم های تابیده یک عایق مخصوص پیچیده می شود که در نوع بدون روکش تنها به یک روکش از جنس PTC اک

تفا شده است.ETA/TIA پنج استاندارد را برای زوج سیم بهم تابیده بدون روکش پیشنهاد می کند که عبارتند از:cotegory1 تا cotegory5. نوع اول برای خطوط تلفن در دو رشته ،پیشنهاد و استاندارد شده است. نوع دوم به منظور انتقال داده در سرعت ۴ Mbps توسط جهار زوج سیم و نوع سوم تا سرعت ۱۰ Mbps قدرت انتقال داده را دارد و گاهی در شبکه های ATM بکار می رود.
۳فیبر نوری :
انتقال در خطوط فیبر نوری به روش تابش امواج نوری میان آئینه های موجود در فیبر صورت می گیرد. واضح است که برای اتصال فیبر به دستگاههای الکتریکی در ابتدا و انتهای آن ، مبدل سیگنال الکتریکی به امواج نوری و یا بر عکس آن استفاده می شودآنچه از ماهیت این واسط فیزیکی مشخص می گردد این است که تلفات انرژی در این خطوط بسیار کم است در نتیجه بدون استفاده ازتکرار کننده امکان انتقال تا مسافت طولانی (حدود ۱۰ کیلومتر) وجود دارد. نویز الکترو مغناطیسی بر این خط بی اثر است و لیکن بیش ازسایر خطوط انتقال نیاز به محافظت فیزیکی دارد و اسیب پذیری آن بالاتر است.

طراحی و پیاده سازی شبکه با استفاده از این خطوط به نسبت گرانتر وپیچیده تراز سایر واسط های انتقال است و نکته قابل توجه در مورد فیبر نوری این است که به دلیل عدم بروز خطا بر اثرتداخل امواج الکترو مغناطیسی،پروتکل های لایه پیوند در این نوع شبکه ها می تواند بسیار ساده باشد.
همچنین امکان شنود در آن دشواراست و بهمین دلیل کاربرد نظامی دارد.
پارامترهای موثر زوج سیم بهم تابیده کابل کواکسیال فیبر نوری
قیمت عالی خوب ضعیف
سرعت انتقال خوب خوب عالی
سادگی نصب خوب عالی ضعیف
عوامل موثردر انتخاب واسط انتقال:
در انتخاب واسط انتقال موارد زیر حائز اهمیت هستند:
۱) میزان نویز پذیری خط انتقال
۲) تلفات خط: تلفات ACناشی از اثر پوستی و تلفات دی الکتریک و همچنین تلفات DCناشی ازهدایت خط و نیز تلفات ناشی از نشتی جریان و ولتاژ خط بدلیل وجودخازن وسلف توزیع یافته در طول خط را گویند.در کابلها باکیفیت بالا تلفات هدایتی و دی الکتریک در مرتبه هم قرار می گیرند.
۳) هزینه های ساخت و نگهداری خط انتقال

۴) سادگی
۵) پهنای باند خط انتقال با سرعت انتقال داده
۶) پشتیبانی ازپیشرفت فناوری

۵-۲ پروتکل ها و استانداردها:
با نگاه کردن به مدل هفت لایه ای ISO، می توانید ببینید که نرم افزارها و استانداردهای بسیارزیادی برای انجام این امور به کار گرفته شده اند.در واقع بحث ایجاد استاندا

رد ها و قوانین، بحث بسیار وسیع و گسترده ای است،زیرا تقریبا هر گروه و سازمانی که به شکلی درارتباط با این مسائل فعالیت می کند، سعی کرده تا روشی بر مبنای روتین ها ی کاری متداول خود ارائه دهد که نهایتا به تعریف استانداردهای مختلف و متفاوتی انجامیده است.
اما در سال های اخیر بحث در مورد مدل های استاندارد ارائه شده توسط سازمان های معتبری چون ISOیاInternational Standard Organization وهمچنین موسسه دیگری به نام CCITTیاConsultative Committee On International telegraphy and telephony بسیار جدی شده و مدل های قابل قبول این سازمانها به صورت وسیعی مورد استفاده قرارمی گیرند، در اینجا به شرح مختصری در مورد چند پروتکل مهم خواهیم پرداخت.
استاندارد های اترنت (IEEE 802, (Ethernet
در سا ل های اخیر گرو هی از تولید کنندگان و فروشندگان تجهیزات الکترونیکی شبکه تصمیم گرفتند تا استاندارد های خاصی را برای شبکه محلی LAN تصویب کرده و ثبت کنند، این گروه از شرکتها نظیر DEC,Intel,Xerox تشکیل شده بود و استاندارد تولید شده برای LANبه نام Ethernet،نام گذاری شد.
Ethernet پس از آن به صورت گسترده مورد استفاده عمومی قرار گرفت تا اینکه سازمان IEEE بر آن شد تا انجمنی برای مطالعه و بررسی سیستمهای Ethernet وارائه قوانین و پرو تکل های جدید در این زمینه تشکیل دهد و نام این انجمن راIEEE 802 قرار دادند.قوانین ارایه شده توسط این سازمان ها اغلب بر لایه های دیتالینک و فیزیکی اعمال می شود و Ethernetکاربران زیادی در سطح جهان دارد.
پروتکل MAP :
در سال های ۱۹۸۰ شرکت جنرال موتورز(GM)طی یک بررسی طولانی یکی از بزرگترین مشکلات سیستم خود را نداشتن ارتباط مناسب بین ابزارها، ماشین ها و قطعات مختلف در کارخانه عنوان کرد و جهت رفع این مشکل برآن شد تا پروتکلی را بین قسمت های مختلف برقرار سازد و مشکل ارتباطی خود را بدین ترتیب حل کند.
نام این پروتکل MAP است که جهت بر قراری ارتباط بین سیستم های کنترل وPLCهای مختلف سا خت شرکت های متفاوت بکار می رود و به این سیستم ها اجازه می دهد که با یکدیگر صحبت کنند.
MAPپس از آن بسیار مورد توجه قرار گرفت و نسخه های جدید آن مثل:
MAP2.0 MAP2.1, MAP 3.0 نیز به بازار آمدند و پروتکل MAPدر واقع بنیانگذار شبکه های محلی صنعتی بودکه امروزه در کارخانجات مورد استفاده قرار می گیرد.
پروتکل Technical Office Protocol) TOP)
در سالهای بعداز ابداع پروتکل MAP شرکتهای دیگری در مورد آن نظر دادند و به بحث و تولید استاندارد های جدید برای آن پرداختند، از جمله این شرکتها می توان به شرکت هواپیما سازی بوئینگ اشاره کرده که به دنبال راه حلی مناسب جهت ارتباط کامپیوترهای دفتر طراحی که مشغول طراحی هواپیما بودند، می گشت و از آنجایی که این ارتباط بین نرم افزا های طراحی مثل CADDیا CAM برقرار می شد و نوع کار، کاملا دفتری است این پرو تکل به نام TOPو یا Technical Office protocolشناخته شد.
پروتکل Transmission Control Protocol Internet) ,TCP/IP)

TCP/IP یکی دیگر از استانداردهای شبکه است که در حین مطالعه و بررسی شبکه های صنعتی در کارخانه ها با آن مواجه خواهید شد ،این پروتکل برای لایه های ۳و۴ از مدل ISO طراحی شده است.
TCP عمدتا برای لایه انتقال یاTransport طراحی شده و پروتکل Internetبرای لایه شبکه یا Network layer طراحی شده است.بنابراین هر دو آنها به تجهیزات مختلف از سازندگان متفاوت اجازه بر قراری ارتباط وتبادل اطلاعات را می دهد.

این سری از پروتکلها توسط DODیا Department of Defense طراحی و ارائه شده است.
پروتکل System Network Architecture) SNA) :
شرکت IBM جهت پشتیبانی از محصولات خود که فروش بسیار خوبی نیز دارد،در سالهای گذشته اقدام به طراح و ابداع گروهی از استاندارد ها وپروتکل ها نمود.
پروتکل SNA تمام رویه های استاندارد مدل ISOرا بجز لایه فیزیکی در بر می گیرد.
پروتکل Manufacturing Message Specification )MM):
این پروتکل نیز یک پروتکل استاندارد هفت لایه ایی بر اساس مدل ISOاست که برای برقراری ارتباط بین دستگاههای مختلف در شبکه های شبیه بهم بکار گرفته می شود. از انجایی که سیستمهای مختلف دارای امکانات و ابزار مختلف و گوناگون هستندبراحتی نمی توانند با یکدیگر ارت

باط برقرار کنند.پروتکل MMSبرای رفع این اشکال و پر کردن خلأ موجود در سیستم ارتباطی کارخانه هاابداع کردند که براحتی می تواندانتظارات فوق را برآورده سازد.
استاندارد Field bus :
همزمان با اتفاقات فوق و پیشرفت های چشمگیر صنعت ارتباطات در آمریکا، دراروپا نیز صنعت ارتباطات دچار تغییروتحول اساسی شد و سیستمهای مشابه سیستمهای آمریکایی در اروپا به بازار آمدند.
استانداردهای اروپا از یک سیستم بنام فیلدباس استفاده می کنند که بسیار شبیه به مدل هفت لایه ISO است و از یک مدل استاندارد پنج لایه ای جهت انجام امور استفاده می کند.این استاندارد با ترکیب لایه های فیزیکی و دیتالینک به استاندارد های دیگری به نام
DINV 19245 TI.DINکه گروهی از استانداردهای آلمانی هستند.
مدل هفت لایه ایی به شش لایه ای و سپس با ترکیب لایه های Session، Presentationو همچنین قسمت انتهایی لایه Application به یک لایه تحت عنوان APمدل خود را تکمیل کرده و شروع به کار می کند.

استاندارد Profibus:
یک استاندارد برای شبکه های صنعتی و ارتباط بین شبکه ها است که توسط شرکت زیمنس در اروپا طراحی شد و تحت استاندارد فیلد باس به ثبت رسید .شرکت زیمنس در سالهای اخیر تعدادی از سیستمهای کنترل شرکتهای آمریکایی مثل Texas Instrumentرا خریداری کرد و سعی در برقراری ارتباط بین سیستمهای خود و نمونه های آمریکایی داشت و از آنجایی که نیرو و دانش فنی بسیار خوبی برای انجام طراحی در زمینه سخت افزار و نرم افزار در اختیار داشت اقدام به ارائه استانداردجدیدیبه نام Profibus نمود.

فصل سوم :
کنترل کننده های برنامه پذیر PLC
Programmable Logic Controller))

۱-۳ مقدمه
PLCاز عبارت Programmable Logic Controller به معنای کنترل کننده قابل برنامه ریزی گرفته شده است.PLC کنترل کننده ای است نرم افزاری که در قسمت ورودی، اطلاعات را ب

صورت باینری دریافت و آنها را طبق برنامه ای که در حافظه اش ذخیره شده پردازش می نماید و نتیجه عملیات را نیز از قسمت خروجی به صورت فرمانهایی به گیرنده ها و اجرا کننده های فرمان ، ارسال می کند.
وظیفه PLCقبلا بر عهده مدارهای فرمان رله ای بود که استفاده ازآنها در محیط های صنعتی جدید منسوخ گردیده است.اولین اشکالی که در این مدارها ظاهر می شودآن است که با افزایش تعداد رله ها حجم و وزن مدار فرمان بسیار بزرگ شده، همچنین موجب افزایش قیمت آن می گردد . برای رفع این اشکال مدارهای فرمان الکترونیکی ساخته شد ، ولی با وجود این هنگامی که تغییری در روند یا عملکرد ماشین صورت می گیرد لازم است تغییرات بسیاری در سخت افزار سیست

م کنترل داده شود .
با استفاده از PLC تغییر در روند یا عملکرد ماشین به آسانی صورت می پذیرد، زیرا دیگر لازم نیست سیم کشی ها و سخت افزار سیستم کنترل تغییر کند و تنها کافی است چند سطر برنامه نوشت و به PLCارسال کرد تا کنترل مورد نظر تحقق یابد.
PLC ها سخت افزاری شبیه کامپیوتر دارند، البته با ویژگیهای خاصی که مناسب کنترل صنعتی است:
• در مقابل نویز حفاظت شده اند
• ساختار مدولار دارند که تعویض بخشهای مختلف آنرا ساده می سازد
• اتصالات ورودی- خروجی وسطوح سیگنال استاندارد دارند
• زبان برنامه نویسی آنها ساده و سطح بالاست
• تغییر برنامه در هنگام کارآسان است.
۲-۳ مقایسه سیستمهای کنترلی مختلف
به طور کلی چهار سیستم کنترلی وجود دارد:
۱سیستمهای رله ای از قدیمی ترین سیستم کنترلی هستند. در این سیستمها کلیه عملیات کنترلی با استفاده از رله ها انجام می پذیرد.
۲سیستمهای کنترلی مبنی بر مدارهای منطقی. در این سیستم ها از دروازه های منطقی و تراشه های کوچک برای پیاده سازی عملیات منطقی استفاده می شود.
۳کنترل با کامپیو تر شخصی
۴کنترل مبنی بر PLC.
در جدول زیر انواع سیستمهای کنترل کننده از جنبه های مختلف مقایسه شده اند :

برخی از معایب یا توجهات خاص در بکارگیری سیستمهای PLC
۱.کاربردهایی با برنامه ثابت: شاید استفاده از PLC که قابلیت های برنامه ریزی زیادی دارد، در صورت نیاز نداشتن به آنهامقرون بصرفه نباشد مانند کنترل کننده های غلتکی/دنبالگر.برخی از سازندگان تجهیزات برای کاهش هزینه ها، هنوز از سیستمهای غلتکی مکانیکی استفاده می کنند.تغییر کارها غلتک ها بندرت تغییر می کند بنابراین قابلیت تغییر برنامه ریزی PLCها د

ر اینجا چندان اهمیت ندارد.
۲ملاحظات محل کار: برخی پارامترهای محیط مانند: دمای بالا،ارتعاشات، تداخلات الکترو مغناطیسی ، عواملی هستند که کاربرد PLCها را محدود می کنند.

۳عملکرد ایمن در برابر اشتباه : در سیستمهای رله ای فشردن کلید توقف، برق مدار را قطع می کند و همینطور قطع منبع برق، باعث خاموش شدن سیستم می شود. بعلاوه سیستهای رله ای هنگام وصل مجدد برق بطور خودکار روشن نمی شوند. البته این موضوع از طریق برنامه نویسی در مورد PLC نیز قابل اعمال است.
اما در بعضی از برنامه های PLCممکن است برای متوقف ساختن یک وسیله نیاز به اعمال ولتاژ ورودی باشد ، این گونه سیستمها درمقابل اشتباه ایمن نیستند البته این نقص با افزودن رله های حفاظتی به سیستم PLC رفع می شود.
۴عملکرد مدار ثابت: اگر سیستم مورد نظر هرگز نیاز به تغییر نداشته باشد ، یک سیستم کنترل ثابت (مانند غلتک مکانیکی) هزینه کمتری نسبت به PLCخواهد داشت. PLC ها در جاییکه بطور دوره ایی در عملیات تغییر ایجاد می شود، از کارایی بیشتری بر خوردارند.
برخی ازشرکت های سازنده PLC:
Siemens, AEG, Smar, ABB, Allen Bradly, Bosch, General Electric, Mitsubishi…
۳-۳ سخت افزار PLC
قسمتهای تشکیل دهنده یک سیستم PLCبه صورت زیر تقسیم می شود:(شکل۱-۳)
• واحد منبع تغذیه PS(Power Supply)
• واحد پردازش مرکزی CPU
• حافظه
• ماژولهای ورودی
• ماژولهای خروجی
• ماژولهای تغییر شکل سیگنال
• ماژول ارتباط پروسسوری (Communication Processor)(CP)
• ماژول رابط (Interface Modul )(IM)
• بدنه و قفسه ها (Racks and Chassis)

شکل ۱-۳:قسمتهای یک PLC
ماژول منبع تغذیه(PS):
منبع تغذیه ولتاژهای مورد نیاز PLC را تامین می کند. این منبع معمولا از ولتاژهای ۲۴Vdc و ۱۱۰ Vacیا ۲۲۰ Vac، ولتاژ ۵ Vdc را ایجاد می کند. ماکزیمم جریان قابل دسترسی منطبق با تعداد ماژولها ی خروجی مصرفی است. جهت دستیابی به راندمان بالا معمولا از منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می شود. برای تغذیه رله ها و محرکها (Actuator) معمولا از ولتاژ ۲۴ Vdc بصورت مستقیم و بدون هیچ کارت ارتباطی استفاده می شود.
واحد پردازش مرکزی یا CPU:
وظیفه این واحد، دریافت اطلاعات از ورودیها، پردازش این اطلاعات مطابق دستورات برنامه و صدور فرمانهایی است که به صورت فعال یا غیر فعال کردن خروجی ها ظاهر می شود.
حافظه:
در حالت کلی در PLC ها دو نوع حافظه وجود دارد:
• حافظه موقت یا RAM: که محل نگهداری فلگ ها، تایمر ها، شمارنده ها و برنامه های کاربردی کاربر است.
• حافظه دائم (EEPROM , EPROM): که جهت نگهداری و ذخیره همیشگی برنامه کاربر استفاده می شود.
در مواردی از RAM های CMOSکه باتری پشتیبان دارند استفاده می شود،بدین ترتیب در صورت قطع برق اطلاعات انها حفظ می گردد.
ماژولهای ورودی:
ورودی هایی که در سیستم های PLC مورد استفاده قرار می گیرند در حالت کلی به صورت زیر می باشند:
الف) ورودیهای دیجیتال(Digital Input)
ب) ورودی های آنالوگ(Analog Input)
الف) ورودیهای دیجیتال:
این ورودیها معمولا بصورت سیگنالهای ۰یا ۲۴ولتdc می باشند . گاهی برای پردازش به تغییر سطح ولتاژ نیاز دارند. معمولا برای انجام این عمل ماژولهایی خاص در PLC در نظر گرفته می شود.
جهت حفاظت مدارهای داخلی PLC از خطرات ناشی از اشکالات بوجود آمده در مدار یا برای جلوگیری از ورود نویزهای موجود در محیط های صنعتی،ارتباط ورودیها با مدارت داخلی PLC توسط کوپل کننده های نوری انجام می گیرد.
بدلیل ایزوله شدن ورودی ها از بقیه اجزای مدار داخلی PLC ، هرگونه اتصال کوتاه و یا ا

ضافه ولتاژ نمی تواندآسیبی به واحدهای داخلی PLC وارد آ ورد.
ب)ورودی های آنالوگ:
این گونه ورودیها در حالت استاندارد ۲۰-۴ mA و یا ۲۰-۰ mA بوده ومستقیما به ماژول آنا لوگ متصل می شوند.
ماژولهای ورودی آنالوگ، سیگنالهای دریافتی پیوسته رابه مقادیر دیجیتال تبدیل نموده و سپس مقادیر دیجیتال حاصل توسط CPU پردازش می شود.
ماژولهای خروجی:
خروجی های استفاده شده در PLCها به دو صورت زیرمی باشند:
الف)خروجیهای دیجیتال:
این فرمانهای خروجی به صورت سیگنالهای ۰ تا ۲۴ ولت DCبوده که در خروجی ظاهر می شوند. بنابراین هر خروجی از لحاظ منطقی می تواند مقادیر “۰” یا “۱” را داشته باشد. این سیگنالها به تقویت کننده های قدرت یا مبدل های الکتریکی ارسال می شوند تا مثلا ماشین را به حرکت در آ ورند یا آنرا از حرکت باز دارند.
ب) خروجیهای آنالوگ:
سطوح ولتاژ و جریان استاندارد خروجی می تواند یکی از مقادیر ،۴-۲۰mA، ۰- ۲۰mA باشد. معمولا ماژولهای خروجی آنالوگ، مقادیر دیجیتال پردازش شده توسط CPU را به سیگنالهای آنالوگ مورد نیاز جهت پروسه تحت کنترل تبدیل می نمایند. این خروجی ها بوسیله واحدی به نام Isolator از سایر قسمتهای داخلی PLC ایزوله می شوند. بدین ترتیب مدارت حساس داخلی PLC از خطرات ناشی از امکان بروز اتصالات نا خواسته خارجی محافظت می گردند.
ماژول تغییرشکل سیگنال:
در مواقعی که سیگنالهای موجود درمحدوده استانداردنباشند،لازم است از یک ماژول تغییر شکل دهنده استفاده شودتا محدوده سیگنالها را تغییر داده و به محدوده استاندارد تبدیل کند.
ماژول ارتباط پروسسوری (CP):
این ماژول ارتباط بین CPU مرکزی را با CPU های جانبی بر قرار می سازد.
ماژول رابط (IM):
در صورت نیاز به اضافه نمودن واحد های دیگرورودی و خروجی به PLC یا جهت اتصال پا

نل اپراتوری و پروگرامر، به PLCاز این ماژول ارتباطی استفاده می شود. در صورتی که چندین PLC بصورت شبکه به یکدیگر متصل شوند. از واحد IM جهت ارتباط آنها استفاده می شود.
ورودی/خروجی دور دست و ارتباط با آنها :
هنگامیکه تعداد زیادی ورودی /خروجی در فاصله ای دوروجود دارد،اتصال مستقیم آنها به PLC نیاز به اتصالات زیادی دارد که مقرون به صرفه نیست،دراین مواقع یک واحدI/O در مکان لازم نصب می شود و با یک زوج سیم به PLC متصل می گردد. واحد I/O اطلاعات مربوط به ورودی/خروجی ها را ازطریق اتصال سریال به PLC ارسال و دریافت می کند. باتوجه به اینکه واحد I/O تا PLCممکن است به چند هزارمتر برسد،صرفه جویی زیادی در هزینه ها می شود. در سیستمهای بزرگ ممکن است چندین PLC وجود داشته باشد که همگی تحت نظارت یک PLC اصلی عمل می کنند.معمولا برنامه کنترلی در PLC اصلی اجرا می شود و PLCهای دیگر فقط وظیفه ارتباط با واحد های I

/O را به عهده دارند.
۴-۳ انواع محیطهای برنامه نویسی و امکانات نرم افزاری در PLC
امروزه استاندارد های خاص بیت المللی مثل IEC 1131 برای برنامه نویسی و کار با PLC ها وجود دارد که اغلب شرکت های سازنده و طراح PLC که معمولا نرم افزارهای مخصوص PLC های خودشان را تولید می کنند. از این روشهای استاندارد شده پیروی می کنند و فقط تفاوتهای جزیی در نرم افزارهای آنها به چشم می خورد که اکثر آنها هم در اثر تفاوتهای سخت افزاری سیستم های طراحی شده بوجود می آیند.

اما در این بخش زبانها و محیطهای مختلف برنامه نویسی به طور مختصر و خلاصه به طورعمومی و کلی مورد بررسی قرار می گیرد تا در برخورد های احتمالی با این محیطها دچارسردرگمی نشوید.
بطور کلی می توان زبانها برنامه نویس PLCرا به پنج دسته تقسیم کرد:
• زبان SFC یا Sequential Function Chart Language
• زبان FBD یا Function Block Diagram Language
• زبان LD یا Ladder Diagram Language
• زبان ST یا Structured Text Language
• زبان IL یا Instruction List Language
پنج زبان فوق زبان های استاندارد و شناخته شده PLC ها هستند و کمپانی های سازنده سخت افزار و نرم افزار PLCها با وجود اختلاف های جزیی که ممکن است در نام یا ظاهر نرم افزار هایشان با نمونه های اصلی و جود داشته باشد، همگی بر اساس همین روشهای استاندارد شده حرکت می کنند.
زبان SFC:
در این محیط نیز مانند دیگر محیط های برنامه نویسی،ابزار هایی وجود دارند که در ابتدا باید با آنها آشنا شد، مهمترین ابزارهای موجود Transition,Initialstep,Step است.

هر Step معرف مرحله ای از روتین کنترلی است که در آن اتفاقاتی، براساس تعاریف نویسنده برنامه، به وقوع خواهد پیوست، هر step بایک مربع نشان داده می شود وشماره ای که معرف مرحله ای خاص از برنامه است داخل آن نوشته می شود.

تعریف عملیات آن مرحله نیز در درون یک مستطیل نوشته می شود که به مربع اصلی متصل شده و هر دوی اینها معرف یک مرحله از برنامه هستند.
در هر زمان و هر سیکل اسکن برنامه،step مربوط به آن فعال خواهد شد، برای نشان دادن step های فعال و غیر فعال از یک دایره کوچک استفاده می شود که درون مربع اصلی Step قرار می گیرد و در زمان اجرای برنامه مشخص می کند که کدام step فعال و کدام غیر فعال اس

ت.

شکل۲-۴:نمایش step فعال و غیر فعال
بدیهی است که دستورات مربوط به step فعال در همان لحظه در حال اجرا شدن است و step غیر فعال، کاری انجام نمی دهد.
برای نشان دادن وضعیت ابتدایی و در شروع برنامه SFC می بایست از یک Initial step استفاده کنیم که نشان دهنده شروع و مرحله آغاز برنامه است ، نماد گرافیکی step Initial یک مربع دو خطی است.
بدیهی است که هر برنامه SFC باید فقط دارای یک Initial step باشد که با شروع اجرای، به شکل فعال در خواهد آمد. Initial step در شروع برنامه مورد بعدی که باید در مورد آن صحبت شود Transition است که بصورت یک خط افقی مسیر ارتباطی بین دو step را قطع می کند. شماره مربوط آن در گوشه پایین و سمت راست آن نوشته می شودوتوضیحات لازم را در قسمت راست می نویسند مانند شکل ۴-۴ .
لازم بذکر است که قسمت توضیحات یک بخش آزاد و مجزا است و به هیچ عنوان قسمتی از برنامه محسوب نمی شود و تنها جنبه توضیح برای درک بهتر را دارد.

شکل۴-۴: Transition
Transition ها در هر مرحله از برنامه شروط موجود در قسمتهای قبلی خود را می بینند و بر آورده شدن و عدم برآورده شدن آن شروط بررسی را می کنند و بدیهی است که اگر شروط هر مرحله برآورده شده باشد.Transition ها مربوطه اجازه عبور از آن مرحله را صادر می کند و بالعکس.
نکته مهم دیگر خطوط جهت دار برای اتصال stepها و Transition ها و همچنین پرسشهای جهت دار است. به شکل ۵-۴ توجه کنید. خطوط جهت دار در بین stepهاو Transitionها دارای فلش نشان دهنده جهت نیستند. اما برای بر قراری ارتباط سراسری از خارج حلقه شکل اتصال فرق می کند. برای نشان دادن پرش ازیک Transition به یک step داخل برنامه از یک علامت فلش بهمراه شماره stepمقصد استفاده می شود. باید توجه داشت که این روش فقط برای پرش ازیک Transition به یک step است نه برعکس.

شکل۵-۴: پرش از یکtransition به یک step
پیش از پرداختن به حالتهای و اشکال مختلف SFC می بایست به دو قانون مهم توجه کرد. این قوانین بسیار مهم هستند و همواره باید در هنگام برنامه نویسی به آنها توجه کرد:
۱هرگز و در هیچ قسمتی از برنامه دو step بدون وجود Transition، پشت سر هم قرار نمی گیرند.
۲ هرگز و در هیچ قسمت از برنامه دو Transition بدون وجود step پشت سر هم قرار نمی گیرند.

شکل ۶-۴: انواع اتصالات بین step و transition

شکل ۷-۴:نمایش چگونگی پرسش ازیکtransition به یک step این دو شکل از نظر عملکرد کاملا یکسان هستند.
حالتهای مختلف برای اتصال step و Transition
انشعاب تکی و دوتایی:
یک step می تواند بعداز Transition مربوطه به چند step دیگر متصل شود. اگر اتصال آنها از نوع تکی و ساده باشد، که بایک خط نشان داده می شود. بعد از ورود به انشعاب تنها آن step که باید فعال شود، فعال شده و برنامه ادامه پیدا می کند اما اگر اتصال از نوع دوتایی باشد (که با خطوط دوتایی نشان داده می شود) پس از ورود به انشعاب ، تمام step ها به شکل موازی فعال خواهند شد.(شکل۸-۴ ،الف وب)
ماکرو step:
ماکرو step یک نماد گرافیکی است که در بدنه برنامه SFC به کار می رود و معرف یک برنامه SFC دیگر است که در انجا فراخوانی می شود. توجه کنید که ProcessX یک برنامه SFC دیگراست که در قسمتی دیگر طراحی و تعریف شده ، داخل هر کدام از STEPها باید برنامه مورد نظر را با استفاده از روشهای مناسب برنامه نویسی در SFC نوشت و پس از آن آزمایش ، آن را اجرا کرد.

شکل۸-۴ الف:انشعاب تکی یاSingle Divergence وSingle Convergence

زبان FBD:
ابزار های موجود در محیط برنامه سازی FBD، کمی با زبانهای دیگر متفاوت است و می بایست برخورد متفاوتی با آنها داشت.در این محیط بسیاری از ابزار های واقعی به صورت بلاک های مختلف در اختیار هستند و فقط کافی است آنها را به شکل مورد نظر کنار هم و در غالب یک پروژه ، قرار داد و از سمت مناسب ، ورودی و خروجیهایشان را بهم متصل کرده و آزمایش کنیم در اینجا به چند بلوک نرم افزاری مهم که کاربرد وسیع تری نسبت به بقیه دارند اشاره می شود. اما پیش از آن ذکر چند نکته در مورد کار با این بلک ها ضروری به نظر می رسد:
شکل بلاک ها: کلیه بلاکها در FBD معرف یک عملیات خاص بین ورودی و خروجی هایشان هستند به شکل زیر توجه شود.

شکل ۹-۴ : شکل کلی بلاک ها در FBD
متغیر های ورودی در برنامه. به پایه های ورودی بلاک و متغیر های خروجی به پایه های خروجی بلاک متصل می شوند و بدین ترتیب می توان با استفاده از بلاکهای استاندارد منطقی و امکانات دیگری که FBD در اختیار می گذارد روتین کنترلی مورد نظر را پیاده سازی کرد.
بلا کهایی که FBD بعنوان ابزار در دسترس قرار می دهد، متنوع هستند و از آن جمله می توان به : فلیپ فلاپهای SR،RS،F-Trig،R-Trig شمارنده های CTU،CTD،- CTUDتایمرهای TON،TOF،TPـسیگنال ژنراتور یاSIG GENـ انواع عملگرهای منطقی مثل,OR,XOR,ADD،SUB و بسیاری عملگرها و توابع دیگر اشاره کرد.
به شکل زیر توجه شود:

شکل ۱۰-۴: پرش در FBD
لازم بذکر است که در محیط برنامه نویسی می توان بسته به نیاز خود توابع جدیدی را تعریف و پیاده سازی کرد که در کتابخانه نرم افزاری نگهداری خواهد شد و می توان در جای مناسب از آن استفاده کرد.
زبان LD:

این زبان بسیار شبیه به دیاگرام نردبانی قدیمی است و تغییرات آن نسبت به مدلهای قدیمی تر ، بسیار جزئی است و اگر به دیاگرام نردبانی علائمی مثل ورودی، کنتاکت و کویل آشنا باشید براحتی می توانید با این زبان کار کنید، شکل ۱۱-۴ خلاصه ایی از علایم مورد استفاده در LD است.

شکل ۱۱-۴ :برخی از علایم مورد استفاده در LD
هر کنتاکت در این روش به یک ورودی و هر کویل به یک متغییر خروجی نسبت داده می شود.نحوه ارتباط بین ورودی ها و خروجی ها ، دقیقا شبیه به دیاگرام نردبانی رله ای است ، اما حالتهای استاندارتری هم برای این ارتباطات وجود دارد که در شکل زیرچند مورد از آنها را بررسی می کنیم:

شکل۱۲-۴: چند مدل استاندارد در LD
زبان ST:
این زبان شبیه زبانهای متداول برنامه نویسی مثل پاسکال است و از دستورات حلقه ، شرط و امکانات دیگرزبانهای سطح پایین کمک می گیرد.برای افرادی که بانوع محیط ها ی برنامه نویسی متداول کار کرده اند استفاده از این زبان راحت تر و مناسب تر است.
بعضی از دستورالعمل های این محیط عبارتنداز:
IF, THEN, ELSE, CASE, FOR, WHILE, REPEAT, RETURN
زبان IL:
این زبان نیز بی شباهت به زبان اسمبلی نبوده و آشنا بودن به اسمبلی در هنگام کار با این محیط ، تا حدودی کمک خواهدکرد.بعضی از دستورالعمل های این محیط عبارتند از: LD, ST, CAL, JMP, RET.ADD, SUB, MUL
همانطور که در ابتدا ی این بخش ذکرشد هدف از عنوان کردن این مطالب به هیچ وجه آموزش برنامه نویسی برای PLC ها نیست بلکه سعی شده تا در هنگام برخورد احتمالی با برنامه های PLC دستیابی به هدف کلی ممکن و میسر باشد.
۵-۳ توابع کنترل پیوسته در PLC ها
در یک PLC با ورودی / خروجی آنالوگ ، پس از دریافت ورودیها، عملیات ریاضی مناسب روی آنها انجام می شود و سپس خروجی های آنالوگ تعیین می شوند. قابلیت و سطح کنترل بستگی به سرعت و قابلیت PLC در انجام عملیات ریاضی دارد. دریک فرایند کنترلی ممکن است جملات تناسبی ،انتگرال و مشتق وجود داشته باشند. به عنوان مثال با انجام عملیات زیر، کنترل با جمله تناسبی انجام می شود :
۱مقدار ورودی سنسور را بخوان، مقدار اندازه گیری شده (MV) را با مقدار (SP) مقایسه کن و مقدار خطا (E) را به دست آور. E=SP-MV
۲.خطا را در یک ضریب ثابت(بهره سیستم) KP ضرب کن.
۳نتیجه را به مبدل D/A ارسال کن و به مرحله ۱ برگرد.
البته در یک کنترل پیوسته برای بهبود پارامترهایی نظیر سرعت پاسخ، نوسان و خطاهای ماندگار لازم است از جملات مشتق و انتگرال نیز استفاده شود. در PLCهایی که امکان کنترل PID را دارند، معمولاالگوریتم کنترل در حافظه PLCوجود دارد و کاربر تنها ظرایب ورودی / خروجی را معین می کند. این الگوریتمها ممکن است به صورت زیر برنامه هایی باشند که در برنامه اصلی فراخوانی شوند.البته پیاده سازی کنترل PID با نرم افزار زمان زیادی را می گیرد و سیکل اجرای برنامه را طولانی می کند. در مواقعی که طولانی شدن سیکل اجرای برنامه در روند کنترل اخلال ایجاد کند، کنترل PIDبه صورت سخت افزاری انجام می شود.

ماژولهای PID
با توجه به اینکه پیاده سازی نرم افزاری زمان زیادی می گیرد، سازنده های PLC ماژولهایی را می سازند تا کنترل PID را به صورت سخت افزاری انجام دهند. این ماژول ها، ورودی/ خروجی آنالوگ دارند و یک پردازنده مستقل در آنها وجود دارد که عملیات ریاضی را انجام می دهد.این پردازنده موازی با پردازنده اصلی عمل می کند و انجام کلیه محاسبات PID را به عهده دارد، تنها لازم است پردازنده اصلی پارامترهای کنترلی را به این ماژول ارسال کند.
ماژول PID پس از هرسیکل اجرای فرایند کنترل، اطلاعات وضعیت خود را در رجیستر هایی از فضای I/O قرار می دهد و پردازنده اصلی می تواند آنها را خوانده و از عملکرد آن ماژول مطلع شود.
علاوه بر عملیات متداول در امر کنترل، معمولا لازم است نوعی پیش پردازش روی اطلاعات ورودی انجام شود،(مانند حذف نوسانات عددی و ناخواسته در اطلاعات ورودی) برخی از PLCها توابع خاصی را برای انجام این کار دارند. به عنوان نمونه PLC سری GEM 80 از شرکت GEM تابعی دارد که یکنواخت سازی نمایی (مرتبه اول) روی ورودی انجام می دهد.ثابت زمانی این تابع که ANALAG(ANALOG LAG) نام دارد قابل برنامه ریزی است، البته استفاده از این تابع اختیاری است.
برنامه ریزی ماژولهای PID
برنامه ریزی یک ماژول PID بستگی به نوع PLC دارد و ممکن است به استفاده از دیاگرام نردبانی یا واحد های برنامه ریزی خاص انجام شود. در دیاگرام نردبانی حلقه PID مانند یک تابع خاص تلقی می شود که پارامترهای آن را کاربر تعیین می کند، همانند یک تایمر که زمان آنرا کاربر به آن وارد می نماید. پانلهای برنامه ریزی خاص معمولا منویی دارند که پارامتر های لازم را از کاربر می پرسد. پارامترهایی را که می توان انتخاب کرد عبارتند از: کنترل یک ،دو یا سه جمله ای (PID,PI,P)، آدرس نقاط I/O به عنوان ورودی و خروجی، بهره ضرایب ، زمان انتگرال، زمان مشتق و سرعت نمونه برداری وغیره.
ماژول های PID معمولا حافظه ای دارند که داده ها و اطلاعات وضعیت خود را در آن ذخیره می کنند.پردازنده اصلی به این داده ها دسترسی دارد و از آنها استفاده می کند.
کاربرد ماژولهای PID
الگوریتمهای کنترلی که در همه PLCها وجود دارد برای بیشتر کاربردها، کارایی و سرعت کافی را دارد، مثلا برای کنترل سرعت ، تنظیم فشارهیدرولیک، کنترل دما، مدیریت انرژی و غیره. در بسیاری از فرایندهای کنترلی لازم است به تعداد زیادی ورودی /خروجی رسیدگی شود، معمولا در یک حلقه کنترلی با تغییر پارامترهای لازم و بررسی کل فرایند ، پارامترهای مطلوب جهت کنترل صحیح فرایند به دست می آید.
۶-۳ ارتباط در PLC ها
نیاز مبادله اطلاعات بین PLC ها و سایر تجهیزات در یک کارخانه خودکار ، سبب شده است که امکانات ارتباطی روی همه کنترل کننده ها نصب شود در PLC های کوچک سخت افزار و نرم افزارلازم در خود بدنه PLC نصب گردد و در PLC های بزرگ ، ماژول های ویژه ای جهت ارتباط وجود دارد.
باسهای ارتباطی برای منظورهای مختلفی استفاده می شوند از جمله :
• نمایش داده ها و آلارم ها از طریق VDU یا چاپگر
• ذخیره داده ها در فایلهای بایگانی(در یک کامپیو تر) تا برای بررسی کارایی فرایند و مدیریت اطاعت استفاده شوند.
• ارسال پارامترهای لازم از طریق اپراتور یا کنترل کننده ناظر به PLC ها
• تغییر برنامه PLCها از طریق کنترل کننده ناظر
• تغییر وضعیت نقاط I/O از طریق یک ترمینال راه دور
• اتصال PLC در یک سلسله مراتب کنترلی که در آن PLC های متعددی وجو دارد.

ارتباط سریال:
در PLC ها معمولا برای ارتباط با سایر قسمتها و ارسال و دریافت داده ها ، از خطوط سریال استفاده می شود، جهت ارتباط سریال استانداردهایی وجود دارد که مهمترین آن RS 232 ومشتق آن RS 422/423 است. RS 232 استاندارد ارتباط سریال در فواصل کوتاه است که برا

ی ارتباط کامپیوتر با تجهیزات جانبی آن نظیر چاپگر استفاده می گردد. این استاندارد، اتصالات الکتریکی و فیزیکی ،ارتباط بین سیگنالها و روند مبادله اطلاعات را تعریف می کند. اتصال نوع Dبا ۲۵پایه کاملا متداول است و روی همه کامپیوترها و PLCها نصب می شود. RS232و RS422 درارسال یکسان هستند و تفاوت آنها در سطح ولتاژ و سرعت انتقال است.
در ارتباط سریال سه ویژگی وجود دارد که باید به آنها توجه کرد: اول سرعت انتقال،یعنی تعداد بیت ارسالی در ثانیه و عرض پالس هر بیت. دوم سطح ولتاژهای منطقی، یعنی بیت ۱و۰ با چه ولتاژی نشان داده می شود و سوم نحوه همزمانی داده ها تا گیرنده بتواند داده ها را به طور صحیح دریافت کند.
فاصله انتقال :
استاندارد RS 232 حداکثر طول ۳۰ m را در سرعت ۹۶۰۰ bps پیشنهاد می کند، بخاطر اثر خازنی سیمها طول بیشتر از این مقرون بصرفه نیست. البته در سرعت های کمتربا استفاده از کابلهای مناسب می توان فاصله را بیشتر کرد. در صورتی که فواصل ارتباطی زیاد باشد از استانداردهای دیگر نظیر RS 422 و حلقه جریان استفاده می شود.
حلقه جریان۲۰ mA
در این استاندارد برای ارسال داده ازیک مدار جریان mA استفاده می شود. این روش مناسب محیطهای نویزی و فواصل زیاد است.
مثلا در سرعت ۹۶۰۰ bps می توان تا فاصله ۳۰۰m از این استاندارد استفاده کرد.ارسال و دریافت اطلاعات از طریق یک زوج سیم صورت می گیرد و معمولا جهت ایزولاسیون الکتریکی از تزویج کننده های نوری استفاده می شود.لازم بذکر است که این استاندارد با استاندارد RS 232 انطباق ندارد و اتصال آنها به یکدیگر نیاز به مدار واسطه مناسب دارد.
عیب حلقه جریان ۲۰mA این است که برای آن استاندارد مشخصی وجود ارائه نشده است و مانند RS232 خطوط کنترلی (Handshaking) ندارد.
RS 423/422
این استاندارد بهبود یافته RS 232 است که بعضی ازمزایای حلقه جریان را نیز دارد.
RS 422 برای هرسیگنال دو سیم استفاده می کند که به صورت تفاضلی هستند و در نتیجه اطلاعات تا فواصل بیشتری قابل ارسال است.
معمولا هر PLC یک ارتباط RS 232 دارد که اتصالات مربوط به RS 422 از آن مشتق شده است. برای فواصل کم از RS 232 و برای فواصل زیاد ازRS422 استفاده می شود.

شکل۲-۶: ارتباط PLC ها بایکدیگرو با ادوات فیلد بااستفاده از پروتکل فیلد باس(FF)
ارتباط PLC ها-ماژول ها و برنامه ریزی

برای انجام هر ارتباط سریال لازم است پارامترهای ارتباط مشخص شود. این پارامترها عبارتنداز:
• قالب بندی داده ها ، شامل بیت شروع و خاتمه، توازن و تعداد بیت داده
این انتخاب پارامترها ممکن است توسط کلید هایی بر روی سخت افزار PLC و یا وسط نرم افزار انجام شود.
هر PLC مجموعه دستوراتی جهت بر قراری ارتباط با سایر تجهیزات دارد.برنامه ریزی PLC جهت انجام ارتباط با استفاده از دیاگرام نردبانی و یا یک زبان سطح بالا صورت می گیرد. در این برنامه ریزی به دو نکته باید توجه نمود:
• نوع، محل و میزان داده ای که باید ارسال شود.
• شروع ارتباط
معمولا باید اتفاقی رخ دهد تا ارسال داده از جایی به جای دیگر انجام شود این اتفاق ممکن است داخلی باشد. مثلا عمل کردن یک کلید، یا اتفاق در جای دیگر رخ دهد، مثلا PLC یا دستگاه دیگر تقاضای مبادله اطلاعات نماید.
دستگاه شروع کننده ارتباط ، با ارسال یک یا چند کاراکتر کنترلی تقاضای خود را اعلان می کند. این کاراکترها بطور معمول کد اسکی هستند. جزئیات مربوط به ارتباط و انتقال داده بستگی به نوع و مدل PLC دارد.
ارتباط بین چندین PLC
وقتی چند PLCقرار است با یک منبع واحد ارتباط داشته باشند، می توان از یک واحد جمع کننده استفاده کرد.هر PLC که بخواهد با PLC اصلی ارتباط برقرار کند، واحد جمع کننده اتصال بین آنها را بر قرار می کند. البته در صورتی که لازم باشد جندین ارتباط بین PLCها مختلف بطور همزمان بر قرار شود بهتر است از یک شبکه استفاده گردد. شبکه های محلی( (Local Area Network LAN) یک را مناسب برای ارتباط بین چند PLC است.
شبکه های محلی (LAN)
در شبکه های محلی ،کامپیوتر ها و ادوات جانبی آنها در محدوده جغرافیایی مشخصی ( تا فواصل ۱۰ km) به هم متصل می شوند. استفاده از شبکه نسبت به اتصال نقطه به نقطه مزایایی دارد از جمله:
• هر کامیپوتر به تمام داده ها و برنامه در شبکه دسترسی دارد.
• اتصال نقطه به نقطه از نظر هزینه سیم کشی مقرون به صرفه نیست.
• معماری شبکه طوری است که اتصال کامپیوتر ها به هم انعطاف پذیر است.
سرعت انتقال داده معمولا ۱۰ Mbps است. پروتکل های متعددی برای شبکه های محلی وجود دارد که این پروتکل ها در فصل قبل توضیح داده شدند.

شکل ۳-۶: یک شبکه LAN ،با معماریی که چندین پروتکل شبکه را پشتیبانی می کند
کنترل گسترده:

ارتباط بین کنترل کننده ها باعث می شود که یک PLC خاص ، نه تنها کنترل یک دستگاه بخصوص را به عهده داشته باشد. بلکه چندین ایستگاه در یک کارخانه بزرگ را کنترل نماید.
بدین ترتیب یک PLC می تواند بخشی از ساختار کنترلی سلسله مراتبی باشد:در

چنین سیستمی یک کنترل کننده هدایتگر، چندین PLC ای دستگاه هوشمندCNC را سر پرستی می کند.
در حا ل حاضر برای اتوماسیون کامل کارخانه ها از کنترل سلسله مراتبی استفاده می شود. برای ایجاد یک کارخانه تمام اتو ماتیک، سیستم ارتباطی و کنترلی وسیعی لازم است .
کل داده های کارخانه در یک پایگاه داده مدیریت جمع آوری می گردد تا در اسرع وقت در اختیار مدیران و برنامه ریزان قرار گیرد،بنابراین ایجاد استاندارد های مناسب جهت ارتباط امری ضروری است.

شکل۴-۶ : یک شبکه گسترده که از پروتکل فیلد استفاده کرده است