انواع پی ال سی PLC و نحوه اتصال آن ها به کامپیوتر

در صنایع مدرن، کنترل فرایندهای تولید و اتوماسیون صنعتی بدون استفاده از تجهیزات پیشرفته امکان پذیر نیست. در این میان، PLC یا کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده است. این دستگاه‌ها با قابلیت برنامه‌ریزی دقیق، پردازش سریع سیگنال‌ها و عملکرد پایدار، کنترل انواع ماشین‌آلات، خطوط تولید و فرآیندهای پیچیده را بر عهده دارند. در این مقاله، ابتدا به معرفی انواع پی ال سی (PLC) خواهیم پرداخت و سپس نحوه اتصال آن‌ها به کامپیوتر را با ذکر روش‌ها و ابزارهای رایج باهم بررسی خواهیم کرد.

انواع پی ال سی (PLC)

پی ال سی‌ها از جنبه‌های مختلفی به دسته‌های گوناگونی تقسیم بندی می‌شوند. این دسته‌بندی‌ها شامل ساختار فیزیکی، سطح کاربرد، قابلیت برنامه‌ریزی، برند و نوع ارتباطات می‌باشد.

1. PLC کامپکت (Compact PLC)
   در این نوع پی ال سی، واحد پردازنده مرکزی (CPU)، منبع تغذیه و ماژول‌های ورودی/خروجی (I/O) در یک بدنه یکپارچه در کنار هم قرار دارند. قیمت مناسبی دارد و مناسب برای پروژه‌های کوچک تا متوسط می باشد و همچنین نصب سریع و ساده ای دارد و فضای کمتری در تابلو برق اشغال می کند.
2. PLC ماژولار (Modular PLC)
   در PLC های ماژولار، هر جزء به‌صورت جداگانه طراحی شده و امکان ارتقا و گسترش سیستم نیز فراهم است. انعطاف‌پذیری بالایی دارد و مناسب برای پروژه‌های بزرگ است و همچنین امکان افزودن ماژول‌های اضافی (آنالوگ، دیجیتال، ارتباطی و غیره) نیز وجود دارد.
3. Micro PLC و Nano PLC
   این مدل‌ها برای کاربردهای ساده‌تر و با تعداد ورودی/خروجی کمتر طراحی شده‌اند. Nano PLC دارای کمترین ورودی/خروجی و مناسب کاربردهای بسیار ساده می باشد، اما Micro PLC اندکی پیشرفته‌تر و با قابلیت‌های منطقی بیشتری است.مانند: Mitsubishi FX1S، Siemens LOGO، Delta DVP-SS2
4. Soft PLC
   در این نوع، عملکرد PLC به‌صورت نرم‌افزاری روی کامپیوتر صنعتی یا PC اجرا می‌شود و نیازی به سخت‌افزار اختصاصی ندارد و مناسب برای سیستم‌های پیچیده و مجازی می باشد و همچنین یکپارچه‌سازی آسان با SCADA را شامل می شود.
5. Safety PLC (پی ال سی ایمنی)
   طراحی‌شده بر اساس استانداردهای ایمنی صنعتی (مانند SIL و ISO 13849) است، این PLCها برای فرآیندهایی که حفاظت از انسان و ماشین اهمیت دارد به کار می‌روند و در صنایع پتروشیمی، خودروسازی، ماشین‌آلات خطرناک کاربرد دارند.
6. PLC قابل حمل (Portable PLC)
   برای مقاصد آموزشی، تست تجهیزات و کاربردهای موقت طراحی شده‌اند. معمولاً با رابط کاربری ساده اندازه کوچک در محیط‌های دانشگاهی قابل استفاده هستند.
7. PLC های برندهای مختلف
   هر برند تولیدکننده پی ال سی، مدل‌های خاص خود را ارائه می‌دهد که از لحاظ طراحی، نرم‌افزار و روش اتصال با یکدیگر متفاوت‌ هستند و بسته به نیاز صنعتی، امکانات متفاوتی ارائه می‌دهند. شناخت برندها و ویژگی‌های شاخص هر کدام، برای انتخاب مناسب‌ترین پی ال سی در پروژه‌های اتوماسیون بسیار مهم می باشد.

 Siemens (زیمنس)

زیمنس آلمان یکی از پیشگامان صنعت اتوماسیون در دنیا است. سری‌های معروف PLC این شرکت شامل LOGO برای پروژه‌های کوچک، S7-1200 برای کنترل‌های متوسط و S7-300 / S7-400 / S7-1500 برای پروژه‌های پیچیده و گسترده است. نرم‌افزار اصلی برای برنامه‌نویسی این برند، TIA Portal و نسخه‌های قدیمی‌تر آن می‌باشد. زیمنس معمولاً از پروتکل‌های ارتباطی مانند MPI، Profibus، Profinet و Ethernet پشتیبانی می‌کند و به دلیل ثبات بالا و کیفیت صنعتی، در صنایع بزرگ نفت، گاز، نیروگاهی و خودروسازی بیشتر کاربرد دارد.

 Mitsubishi (میتسوبیشی)

برند ژاپنی Mitsubishi Electric نیز در حوزه پی ال سی بسیار مطرح است. سری‌های پرکاربرد آن مانند FX Series (FX1S, FX1N, FX2N) برای کنترل‌های کوچک تا متوسط، و Q Series برای پروژه‌های بزرگ صنعتی طراحی شده‌اند. نرم‌افزار برنامه‌نویسی این برند GX Developer یا GX Works می باشد. ارتباطات در PLCهای میتسوبیشی معمولاً از طریق RS232، USB، Ethernet و MODBUS انجام می‌گیرد. به دلیل قیمت مناسب و تنوع زیاد ماژول‌ها، این برند در صنایع کوچک، ماشین‌سازی و اتوماسیون ساختمانی محبوب شده است. برای اتصال مطمئن بین کامپیوتر و کنترلرهای سری MELSEC، استفاده از کابل میتسوبیشی USB-SC09 یکی از رایج ترین و کاربردی ترین گزینه ها در محیط های صنعتی محسوب می شود.

 Omron (اُمْرون)

برند Omron نیز یکی دیگر از شرکت‌های ژاپنی فعال در حوزه اتوماسیون صنعتی است. این شرکت مدل‌های متنوعی از پی ال سی مانند CP1E، CP1H، CJ2M و NX Series را تولید می‌کند. نرم‌افزار اصلی برای برنامه‌نویسی پی ال سی‌های Omron، CX-Programmer یا مجموعه Sysmac Studio برای مدل‌های پیشرفته‌تر است. امرون به دلیل ماژول‌های جمع‌وجور، پشتیبانی از توابع کنترلی دقیق و نصب ساده، در صنایع بسته‌بندی، داروسازی و خطوط مونتاژ بسیار پرکاربرد می باشند.

 Allen-Bradley (آلن بردلی – Rockwell Automation)

برند آمریکایی Allen-Bradley که زیرمجموعه شرکت Rockwell Automation می باشد، به عنوان یکی از حرفه‌ای‌ترین برندهای پی ال سی در جهان شناخته می‌شود. سری‌های معروف آن شامل MicroLogix، CompactLogix و ControlLogix هستند. نرم‌افزار اختصاصی این برند RSLogix 500 یا Studio 5000 است. از نظر ارتباطی نیز، Allen-Bradley بیشتر از EtherNet/IP، DF1 و DeviceNet استفاده می‌شود. این برند به دلیل قابلیت‌های پیشرفته و هماهنگی بالا با HMI و SCADA در صنایع پیشرفته مانند خودروسازی، تولیدات پزشکی و فرآیندهای پیچیده کاربرد دارد.

 Delta (دلتا)

دلتا یک برند تایوانی با قیمت مناسب و عملکرد قابل قبول است که در بسیاری از پروژه‌های صنعتی در ایران نیز رایج شده است. سری معروف آن DVP Series شامل مدل‌هایی مانند DVP-SS2، DVP-SX2 و DVP-SE می باشد. نرم‌افزارهای WPLSoft و ISPSoft برای برنامه‌نویسی دلتا به‌کار می‌روند. دلتا از پروتکل‌هایی مانند RS485، MODBUS RTU، Ethernet پشتیبانی می‌کند و به دلیل پشتیبانی فنی مناسب، یادگیری آسان و هزینه پایین، گزینه‌ای اقتصادی برای پروژه‌های کوچک و متوسط محسوب می‌شود.

 Schneider Electric

این برند فرانسوی نیز در زمینه سیستم‌های کنترل و اتوماسیون فعال می باشد و PLCهای معروف آن مانند Modicon M221، M241 و M580 در پروژه‌های پیشرفته کاربرد دارند. نرم‌افزار برنامه‌نویسی این برند EcoStruxure Machine Expert (قبلاً SoMachine) است. از پروتکل‌هایی مانند Modbus TCP، Ethernet/IP و CANopen پشتیبانی می‌کند. اشنایدر معمولاً در پروژه‌های کنترل فرآیند، ساختمان‌های هوشمند و صنایع غذایی استفاده می‌شود.

این برندها تنها بخشی از بازار گسترده PLC هستند و هر کدام بسته به نیاز پروژه، سطح بودجه، نوع کاربرد و الزامات فنی، می‌توانند انتخاب مناسبی باشند. 

نحوه اتصال PLC به کامپیوتر

برای برنامه‌نویسی، مانیتورینگ و عیب‌یابی، لازم است پی ال سی را به کامپیوتر متصل نمایید. روش‌های اتصال بسته به مدل PLC، برند سازنده و امکانات سخت‌افزاری با هم متفاوت‌ند:

1. اتصال از طریق کابل سریال (RS232/RS485)
   در گذشته رایج‌ترین روش ارتباط PLC با کامپیوتر، پورت سریال بود، که سرعت پایین‌تری دارند و نیازمند تنظیم دقیق (baud rate، parity، stop bit) می باشد و همچنان در PLC های ساده مانند Delta DVP استفاده می‌شود.
2. اتصال از طریق USB
   اکثر PLC های مدرن دارای پورت USB هستند که قابلیت نصب آسان دارد و نیاز به تنظیمات پیشرفته ای ندارد و اتصال Plug & Play دارد.
3. ارتباط از طریق Ethernet (LAN)
   رایج‌ترین روش ارتباطی در صنایع امروزی، استفاده از شبکه Ethernet با پروتکل TCP/IP یا UDP است. سرعت بالایی دارد و امکان ارتباط چند PLC به یک PC وجود دارد و مناسب برای سیستم‌های مانیتورینگ (SCADA/HMI) می باشد. آدرس IP و Subnet Mask باید روی هر دو دستگاه تنظیم گردد.
4. ارتباط بی‌سیم (Wi-Fi/Bluetooth)
   در برخی پروژه‌ها که امکان کابل‌کشی وجود ندارد، از ماژول‌های ارتباط بی‌سیم استفاده می‌شود.برای مانیتورینگ سیار، تست آزمایشی بدون تماس مستقیم کاربرد دارد و قابلیت اتصال از راه دور با نرم‌افزارهای مخصوص را نیز دارد.
5. استفاده از کابل‌های خاص برند
   برخی شرکت‌ها کابل‌های اختصاصی دارند که فقط با سخت‌افزار آن برند سازگار است. به‌عنوان نمونه:

•  کابل MPI برای Siemens S7-300

•  کابل SC-09 برای Mitsubishi

•  کابل USB-CIF02 برای Omron

مراحل عمومی اتصال پی ال سی به کامپیوتر

•  نصب نرم‌افزار برنامه‌نویسی متناسب با برند PLC

•  اتصال کابل بین PLC و کامپیوتر (USB، Ethernet یا سریال)

• شناسایی پورت اتصال در نرم‌افزار (مثلاً COM3، USB، یا IP Address)

• تنظیم پارامترهای ارتباطی مانند baud rate یا تنظیم شبکه

•  تست اتصال (Communication Test) از داخل نرم‌افزار

•  دانلود یا آپلود برنامه و شروع مانیتورینگ

نتیجه گیری

آشنایی با انواع پی ال سی (PLC) و نحوه اتصال آن‌ها به کامپیوتر، یکی از پایه‌های مهم در اتوماسیون صنعتی و کنترل فرآیندها محسوب می شود. انتخاب نوع مناسب PLC بر اساس نیاز پروژه، تعداد ورودی/خروجی‌ها، سطح پیچیدگی سیستم و شرایط محیطی انجام می‌گیرد. از طرفی، اتصال صحیح به کامپیوتر با استفاده از روش‌هایی نظیر USB، Ethernet یا سریال، امکان برنامه‌نویسی، عیب‌یابی و مانیتورینگ دقیق را فراهم می‌سازد. برای عملکرد بهتر، همیشه توصیه می‌شود از تجهیزات و کابل‌های اورجینال برند مورد نظر استفاده کنید و نرم‌افزار رسمی را به کار بگیرید. این موارد در کاهش خطا و افزایش عمر سیستم نقش بسزایی دارند.