مقاله 001 - ساختار سخت افزاری پی ال سی ( PLC )

درک معماری اولیه یک پی ال سی (اجزای سخت افزاری داخل پی ال سی) بسیار مهم است چراکه درک شما از پی ال سی را بسیار آسان تر می کند. اجزای سخت افزاری بلوک های سازنده یک پی ال سی هستند.

هر پی ال سی از چهار بخش تشکیل میشود که شامل موارد زیر است:

• CPU

• Input electronics

• Output electronics

• Power Supply

البته اکثر پی ال سی ها از اجزای بیشتری تشکیل می شوند اما موارد بالا مهمترین آنها هستند.

CPU پردازنده پی ال سی

تمام محاسبات پی ال سی در این بخش انجام می شود. به عبارت دقیق تر برنامه پی ال سی در این بخش اجرا می شود. در واقع مغز هر پی ال سی یک ریزپردازنده است. ریز پردازنده ها مدارات مجتمعی هستند که برنامه ها را اجرا می کنند. به طور مثال پردازنده کامپیوتر ها یکی از شناخته شده ترین پردازنده هاست که البته قدرت بیشتری نسبت به ریزپردازنده های پی ال سی ها دارد. در پی ال سی ها ریزپردازنده جایی است که تمام سیگنال های ورودی و خروجی در آن پردازش می شود.

حافظه در پی ال سی

پی ال سی اطلاعات خود را در حافظه ها ذخیره می کند. پی ال سی دارای حافظه ای مانند کامپیوتر است که RAM یا حافظه دسترسی تصادفی نامیده می شود. معمولاً پی ال سی ها دارای حافظه ای به نام ROM و EEPROM هستند. تفاوت های جزئی بین این نوع حافظه ها در پی ال سی ها وجود دارد که مربوط به مواردی مانند پاک کردن حافظه است.

RAM (حافظه دسترسی تصادفی)

حافظه موقت هنگام اجرای برنامه پی ال سی استفاده می شود. این حافظه فرار است به این معنی که با قطع برق پی ال سی اطلاعات درون آن پاک می شود.

ROM (حافظه فقط خواندنی)

حافظه دائمی در پی ال سی برای ذخیره سیستم عامل پی ال سی استفاده می شود. سیستم عامل وظایفی از قبیل اجرای برنامه پی ال سی، پایش وضعیت پی ال سی و انجام ارتباطات با محیط بیرون سیستم را به انجام می رساند.

Flash(حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی با قابلیت پاک کردن الکترونیکی)

این حافظه محل ذخیره سازی برنامه پی ال سی و سایر محتواهای چند رسانه ای (در اچ ام آی ها) است. هنگام دانلود برنامه پی ال سی این حافظه توسط سیستم عامل پاک میشود و برنامه جدید را روی آن ذخیره می کند.

اجزای الکترونیکی ورودی های دیجیتال

ریزپردازنده ها دارای ورودی و خروجی های زیادی هستند، اما معمولاً در ولتاژ TTL کار می کنند که بسیار پایین تر از استاندارد های صنعتی است (حدود 5 یا 3.3 یا 1.7 ولت). و از آنجایی که سطح ولتاژ استاندارد در بسیاری از دستگاه های ورودی 24 ولت است، پی ال سی به مقداری تجهیزات الکترونیکی در ورودی نیاز دارد تا بتوانیم دستگاه ها را به ورودی های آن متصل کنیم. الکترونیک ورودی یک مدار الکترونیکی بین پایانه های اتصال پی ال سی و ورودی های ریزپردازنده است.

مهمترین بخش الکترونیک مدارات ورودی، اپتوایزولاتور یا اپتوکوپلر است. جداساز نوری با تبدیل یک سیگنال الکتریکی به نور و سپس فعال کردن سیگنال الکتریکی دیگر کار می کند. اوپتوکوپلر از یک دیود ساطع کننده نور (LED) و یک ترانزیستور نوری تشکیل شده است. LED با انتشار نور هنگام اتصال به منبع تغذیه به کار می افتد و ترانزیستور فوتو در هنگام قرار گرفتن در معرض نور برای مسیر جریان را باز می کند.

وقتی سیم سیگنال 24 ولت را به ترمینال ورودی پی ال سی وصل می کنیم، در واقع آن را به یک اپتو ایزولاتور وصل می کنیم. بنابراین، هنگامی که سیگنال دیجیتال فعال می شود، LED را در داخل اپتو ایزولاتور فعال می کند.

سپس فوتوترانزیستور با قرار گرفتن در معرض نور فعال می شود. مدار TTL ریزپردازنده به فوتوترانزیستور در اپتو ایزولاتور متصل است. این بدان معناست که وقتی سیگنال 24 ولت فعال شود، ورودی ریزپردازنده با یک سیگنال TTL تحریک می شود.

ایده استفاده از اپتو ایزولاتور، جداسازی دو مدار برای محافظت از ریزپردازنده در برابر ولتاژ بالا است. اکثر اپتو ایزولاتورها می توانند ولتاژ پیک چند کیلوولت را دریافت کنند و این برای محافظت از ورودی های ریزپردازنده است که در محدوده TTL کار می کنند.

اجزای الکترونیکی خروجی های دیجیتال

ریزپردازنده ها با خروجی های دیجیتال نیز مشکلات مشابهی با ورودی های دیجیتال دارند. به همین دلیل است که همه پی ال سی ها از مدارات الکترونیکی بین خروجی های ریزپردازنده و پایانه های خروجی روی پی ال سی استفاده می کنند.

بخش مهمی از مدارات الکترونیکی خروجی، اپتو ایزولاتور است، درست مانند بخش الکترونیک ورودی. عملکرد اپتو ایزولاتور در اینجا نیز جداسازی دو مدار الکتریکی است. مدارTTL برای ریزپردازنده و مدار بیرونی برای خروجی های پی ال سی طراحی می شود. بخش ریزپردازنده از بخش خروجی ایزوله شده است، بنابراین برای تامین قدرت مورد نیاز در بخش خروجی به یک منبع تغذیه خارجی نیاز است.

تصویر زیر مربوط به شماتیک ورودی ها و خروجی های مربوط به کارت IM200 (کارت ورودی و خروجی دیجیتال) است که بخش های ایزولاتور و منبع تغذیه خارجی قابل مشاهده است.

منبع تغذیه پی ال سی

تمام پی ال سی ها به یک منبع تغذیه برای CPU و معمولا برای ورودی ها و خروجی ها نیاز دارند. از آنجایی که اکثر پی ال سی ها به منبع تغذیه جریان مستقیم نیاز دارند، معمولا است برای راه اندازی پی ال سی خود به منبع تغذیه جداگانه نیاز خواهید داشت. معمولا تولیدکنندگان پی ال سی برای پی ال سی های خود منبع تغذیه تولید می کنند، اما در هر صورت میتوانید از یک منبع تغذیه استاندارد (با سطح ولتاژ و جریان درج شده در مشخصات پی ال سی) جداگانه نیز استفاده کنید. به خاطر داشته باشید همیشه از منابع تغذیه استاندارد استفاده کنید در غیر این صورت، منبع تغذیه نامناسب نه تنها ممکن است باعث بروز مشکلات در کارکرد پی ال سی شود که حتی گاهی اوقات موجب خرابی پی ال سی نیز خواهد شد.

---