اتصال درایو به پی ال سی، کنترل دقیق عملکرد موتورها

کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) و درایو فرکانس متغیر یا (VFD) در تولیدات صنعتی و توسعه فناوری نقش مهمی ایفا می کنند. این دو تجهیز در اتوماسیون صنعتی نقش بسیار مهمی دارند.
درایو های فرکانس متغیر با کنترل کامل سرعت و گشتاور، عملکرد دقیق موتور های الکتریکی را امکانپذیر می کنند. از سوی دیگر برنامه های بارگذاری شده روی پی ال سی، بخش های مختلف کارخانه و موتورها را می تواند تحت کنترل بگیرد.کنترل کاملا هوشمند و خودکار موتورهای الکتریکی با مدیریت VFD توسط PLC امکانپذیر می شود.

VFD و PLC هر آنچه ما از کنترل موتور الکتریکی می خواهیم به صورت دقیق و هوشمند و بر اساس برنامه از پیش تعیین شده به مرحله اجرا در می آورند. اما بهره مندی از این مزایا در گرو  اتصال درایو به پی ال سی است. این اتصال به روش های مختلفی پیاده سازی می شود. در این مقاله راهکارهای مختلف اتصال درایو و پی ال سی را بررسی خواهیم کرد. با ما همراه باشید.

ساختار PLC

ساختار اصلی یک پی ال سی شامل بخش های اصلی زیر است:

• پردازنده
• حافظه
• ورودی و خروجی ها
• پورت های ارتباطی

در راستای اتصال درایو به پی ال سی، آشنایی با حافظه PLC مورد نظر ماست. بخش حافظه در ساختار پی ال سی از سه بخش حافظه سیستم، حافظه برنامه کاربر و بخش حافظه کاری تشکیل شده است.  

حافظه سیستم برنامه های سازنده در بخش فقط خواندنی است که کاربر به آن دسترسی ندارد. کیفیت یک PLC تا حد زیادی به برنامه های این بخش ارتباط دارد. در این بخش سه عملکرد اصلی انجام می شود. کنترل عملکرد کلی سیستم، تفسیر دستور العمل های وارد شده توسط کاربر به واسطه زبان های برنامه نویسی قابل  فهم  PLCو نهایتا تبدیل دستورالعمل ها به زبان ماشین و ارسال به پردازنده جهت اجرای دستورات.

برنامه کاربردی که بر اساس نیاز کنترل کامپایل شده است، برنامه کاربر نامیده می شود. حافظه برنامه کاربر برای ذخیره برنامه های کاربری مختلف نوشته شده توسط کاربر در زبان برنامه نویسی PLC مورد استفاده قرار می گیرد. در حال حاضر، کنترلرهای پیشرفته تر قابل برنامه ریزی از فلش مموری استفاده می کنند که می تواند در هر زمان به عنوان حافظه برنامه کاربر خوانده و نوشته شود. فلش مموری نیازی به باتری پشتیبان ندارد و با قطع برق، داده ها از بین نمی روند و از لوازم جانبی PLC ها به شمار می آیند.

حافظه کاری محلی برای ذخیره داده های کاری است. یعنی وضعیت ON/OFF و داده های عددی مورد استفاده در برنامه کاربر در این قسمت ذخیره می شود. رجیسترهای نقشه اجزا و جداول داده دراین حافظه نگهداری می شود. در میان آنها، رجیستر نقشه کامپوننت برای ذخیره وضعیت سوئیچ، وضعیت خروجی و وضعیت ON/OFF دستگاه های داخلی مانند تایمر، شمارنده و رله های قرار دارد. جدول داده ها برای ذخیره داده های مختلف در طول اجرای برنامه کاربر استفاده می شود، مانند مقادیر پارامترهای متغیر، کمیت دیجیتال به دست آمده از تبدیل A/D و نتیجه عملیات دیجیتال.

ساختار VDF

ساختار یک درایو فرکانس متغییر شامل بخش های زیر می شود:

• یکسو کننده
• اینورتر
• فیلتر
• و . . .

VFD یا راه انداز فرکانس متغیر دستگاهی است که برق شهر (50 هرتز یا 60 هرتز) را به برق متناوب با فرکانس‌های مختلف تبدیل می کند. با توجه به رابطه مستقیم فرکانس و سرعت موتور، با تغییر فرکانس می توان سرعت موتور را تحت کنترل در آورد.

مدار یکسو کننده، برق AC را به برق DC تبدیل می کند. سپس برق DC خروجی مدار یکسو کننده توسط فیلتر صاف شده و در نهایت مدار اینورتر برق DC را به AC تبدیل می کند. برای VFD های کنترل برداری که به مقدار زیادی محاسبات نیاز دارند، اغلب اوقات به یک CPU داخلی برای محاسبه گشتاور و برخی داده ها نیاز است.

تفاوت VFD و PLC

هر دو تجهیز می توانند دستورالعمل های خاصی را برای مدیریت موتور الکتریکی اجرا کنند. البته از آنجایی که پی ال سی یک کنترل کننده منطقی برنامه پذیر است قابلیت های بیشتری در اجرای برنامه ها دارد.

بنابراین، PLC برنامه های گسترده تری را نسبت به VFD پوشش می دهد و می تواند برای کنترل موارد بیشتر، با زمینه کاربردی و عملکرد قوی تر مورد استفاده قرار بگیرد. البته باید توجه داشت که دقت کنترل PLC نیز بیشتر است.

اما درایو برنامه پذیر نیست. مثلا نمی توان برای تغییر فرکانس، ولتاژ و سایر پارامترهای برق ورودی آن را  برنامه ریزی کرد. برای کنترل اجزای الکتریکی یا تکمیل وظایف ارتباطی، اتصال درایو به پی ال سی ضروری است.

اتصال درایو به پی ال سی

به صورت کلی اتصال درایو به پی ال سی جهت کنترل دقیق عملکرد موتورها انجام می شود. در کاربردهایی که نیاز به کنترل دقیق عملکرد موتور داریم و همچنین عمکرد موتور در طول زمان دستخوش تغییر می شود، ارتباط بین پی ال سی و درایو ضروری است. اتصال درایو به پی ال سی با دو روش امکان پذیر است:

 خروجی PLC

یکی از روش های اتصال درایو به پی ال سی، استفاده از خروجی PLC است. PLC ها دارای خروجی های مختلف آنالوگ و دیجیتال هستند. خروجی پی ال سی سیگنال ولتاژی 0 تا 5 ولت یا سیگنال جریانی 4 تا 20 میلی آمپر را به عنوان سیگنال کنترلی برای ورودی VFD ارسال می کند.

این روش اتصال سیم کشی ساده ای دارد اما باید دقت کنید خروجی PLC با امپدانس ورودی VFD مطابقت داشته باشد. در این شرایط توصیه می شود از ماژول خروجی PLC استفاده کنید. علاوه بر این هنگام اتصال درایو به پی ال سی، باید به جداسازی سیم‌کشی توجه داشت تا نویز مدار اصلی به مدار کنترل منتقل نشود.

به عنوان یک مثال عملی در این روش برای کنترل درایو V20 نیاز داریم از ماکرو برای ارتباط با انواع PLC ها  استفاده کنیم. در این حالت ماکروی CN002 در درایو V20 ورودی های دیجیتال را به عنوان مرجع فرمان درایو انتخاب می کند. در این حالت می توانید خروجی های دیجیتال پی ال سی را به ورودی های درایو متصل و از این طریق موتور را کنترل کنید. امکان استفاده از این روش ارتباطی برای نمونه های مختلف درایو اشنایدر نیز فراهم شده است.

 اتصال درایو به پی ال سی با پروتکل های استاندارد

ارتباط بین PLC و VFD از طریق پروتکل های ارتباطی استاندارد نیز امکانپذیر است. در این روش، دسترسی پی ال سی به درایو طبق اصل ارتباط master/slave تعیین می شود. در این ارتباط پی ال سی به عنوان کنترل کننده مرکزی سیستم اتوماسیون، نقش master را بر عهده می گیرد. پروتکل های ارتباطی قابل پشتیبانی توسط درایوها بسیار متنوع است. تولیدکنندگان مختلف انواع متفاوتی از پروتکل ها را بر روی تولیدات خود لحاظ کرده اند.

به عنوان مثال خانواده های مختلف درایو زیمنس از ارتباط سریال RS485 پشتیبانی می کنند. روی همین بستر ارتباط سریال می توان پروتکل های MODBUS-RTU و USS را پیاده سازی کرد. مدباس یک استاندارد بین المللی است که توسط تجهیزات برندهای مختلفی پشتیبانی می شود. پروتکل USS اما یک استاندارد اختصاصی بیبن محصولات زیمنس است. به عنوان مثال درایو v20 و پی ال سی 1200 از این پروتکل پشتیبانی می کنند. اما مینی پی ال سی لوگو 8 از این پروتکل پشتیبانی نمی کند. پروتکل ارتباطی در تمام درایو ها یکسان نیست. به طور مثال درایو G120 زیمنس از پروفی نت پشتیبانی می کند.

درایوهای اشنایدر نیز به عنوان یکی از نمونه های پرکاربرد و پرطرفدار بازار ایران، از پزوتکل های متفاوتی پشتیبانی می کنند. درایو اشنایدر در خانواده های مختلف برای کاربردهای متفاوت عرضه شده و از پروتکل های متنوعی پشتیبانی می کند. به عنوان مثال درایو آلتیوار 900 پیشرفته ترین نمونه درایو اشنایدر است. اتصال درایو به پی ال سی در خانوده 900 اشنایدر با پروتکل های پروفی نت، پروفی باس، دیوایس نت و … پشتیبانی می کند. اما درایو آلتیوار 320 ازپروتکل های پروفی باس و پروفی نت پشتیبانی نمی کند.