بررسی طراحی و ساخت PLC توسط میكروكنترلر 80C195

طراحی و ساخت PLC ساده ای توسط میكروكنترلر 80C196

 

مقدمه

هدف از این پروژه طراحی و ساخت PLC ساده ای توسط میكروكنترلر 80C196 است پس جا دارد آشنایی كلی با PLC پیدا كنیم.

PLC از عبارت Programmable Logic Controller گرفته شده است و همانطور كه از این عبارت استنباط می شود، كنترل كننده نرم افزاری است كه ورودی های آن اطلاعات را به صورت دیجیتال یا آنالوگ دریافت می كند و پس از پردازش فرمانهای مورد نظر به محركها ارسال می شود. البته در نظر داشته باشید آنچه كه وارد بخش پردازش مركزی می شود اطلاعات دیجیتال است، یعنی اگر ورودی ها آنالوگ باشند با گذر از A/D، معادل دیجیتال آنها وارد واحد پردازش مركزی می شود. در یك سیستم PLC ورودی ها و خروجی ها هیچ ارتباط فیزیكی با هم ندارند. به بیان ساده‌تر PLC نقش یك واسطه را بازی می كند. بخشهای مختلف PLC شامل منبع تغذیه، واحد پردازش مركزی، واحد ورودی، واحد خروجی و واحد برنامه ریز (PG) می‌باشد.

سادگی ایجاد تغییرات و توانایی گسترده یك سیستم اتوماسیون صنعتی كه در آن PLC به عنوان كنترل كننده مركزی به كار گرفته شده است به طراحان ماشین این امكان را می دهد آنچه را در ذهن دارند در اسرع وقت بیازمانید و به ارتقای كیفیت محصول تولیدی خود بپردازند. كاری كه در سیستم های قدیمی معادل صرف هزینه و بخصوص زمان بود؛ بطوریكه باعث می شد هیچگاه ایده های نو به مرحله عمل در نیاید، به راحتی در این نوع سیستم قابل اجراست. در بخشهای بعدی ضمن نگاهی به تاریخچه PLC، به مقایسه PLC با سایر سیستم های كنترل و انواع آن و بررسی عملكرد اجزاء PLC می پردازیم.

1-1) تاریخچه PLC

نخستین گامها برای ساخت و استفاده از PLC در اواخر دهه 1960 و اوایل دهه 1970 میلادی برداشته شد. شركت Bedford Association كه بعد به نام Modicon تغییر نام داد و همزمان با آن شركت Allen-Bradly كه در سال 1969 اولین PLC را عرضه كردند را می توان پیشگامان ارایه PLC دانست.

اولین نمونه های PLC به ورودی خروجی های دیجیتال و دستورات منطقی ساده اكتفا كرده‌بودند. بتدریج نمونه‌های كاملتری عرضه‌شدند كه تعداد ورودی خروجی‌های بیشتری دارا بودند. قابلیت ورودی و خروجی آنالوگ داشتند و از دستورات پیچیده‌تری بهره می بردند. قوم های بعدی امكان تشكیل شبكه ای از PLCهای كوچك برای كنترل پروسه های بزرگ و به كارگیری كارت های كنترل كننده PID، Communication و… را فراهم ساخت.

1-2) قابلیتها و امكانات مورد نیاز PLC

از آنجا كه PLC ها اصولاً برای سیستم های صنعتی طراحی شده اند و باید توان جایگزینی سیستم های قدیمی را دارا باشند، باید امكانات و قابلیت هایی كه در مورد PLC در نظر گرفته شود. در این بخش به این موارد اشاره كرده و در جای خود به توضیحات بیشتر می پردازیم.

1-2-1) ایمنی نسبت به نویز

محیط صنعتی بدلیل وجود دستگاههای مختلف كه با ولتاژها و جریانهای بالا كار می كنند و بر محیط اطراف خود تاثیرات الكترومغناطیسی گسترده ای می گذارند، محیطی آلوده به نویز است. بدیهی است برای آنكه PLC قادر به كاركردن در این محیط باشد نیاز به ایمن سازی نسبت به این نویزها دارد.

1-2-2) ساختار قابل گسترش

چنانچه اشاره شد PLC یك سیستم عمومی است كه انتظار می رود از عهده كنترل سیستم های مختلف بر آید. ساختار قابل گسترش این امكان را فراهم می آورد كه كم و زیاد كردن واحدهای ورودی وخروجی با قابلیت های گوناگون و ایجاد تغییرات و انعطاف در برابر سیستم های مختلف بسادگی امكان پذیر باشد.

در PLCهای جدید می توان به راحتی و با هزینه مناسب نسبت به كار خواسته شده واحدهای مختلف از قبیل Analog I/O و… را به سیستم اضافه كرد.

1-2-3) سطوح سیگنال و اتصالات ورودی- خروجی استاندارد

ساختمان مدولار PLC و امكان گسارش و اضافه كردن مدولهای مختلف نیاز به یك استاندارد برای سطح ولتاژ و اتصالات را می طلبد تا واحدهای مختلف بهنگام اتصال به یكدیگر مشكلی بوجود نیاورده و با هم سازگار باشند.

1-2-4) ایزولاسیون

از آنجا كه سیگنالهای ورودی و دستگاههای خروجی از ولتاژ و جریانهای به مراتب بالاتر از جریان و ولتاژ مدارهای دیجیتال برخوردارند. برای آنكه این ولتاژها و جریانها روی قسمت های دیجیتال مدار تاثیر نداشته باشند و باعث آسیب دیدن سیستم نشوند، باید به نوعی جداسازی این دو بخش انجام شود. این عمل معمولاً توسط اپتوكوپلر و رله های در ورودی خروجی ها انجام می گیرد. بدین ترتیب ارتباط الكتریكی ورودی خروجی از مدار دیجیتال قطع شده و ایزولاسیون مناسبی صورت خواهد گرفت.

1-2-5) سهولت برنامه ریزی و تغییر برنامه PLC در محیط صنعتی

یكی از مزایای سیستم صنعتی مناسب، سهولت برنامه ریزی و قابلیت انعطاف‌پذیری فوق العاده آن می باشد بطبع این امكان باید در PLC بعنوان سیستمی فراگیر در صنعت پیش بینی شده باشد. برای این منظور از كامپیوتر شخصی یا برنامه ریز مخصوص (PG) استفاده می شود.

-1-3) بخش حفاظت و ولتاژ مرجع A/D میكرو

بنا به نظر شركت سازنده میكرو برای محافظت قسمت A/D میكروكنترلر باید مداری مانند مشكل شماره 2 بسته شود این مدار باعث می شود ولتاژ ورودی A/D كنتر از ANGND و بیشتر از UREF نگردد.

برای ولتاژ مرجع A/D از LM336 استفاده شده است كه خروجی مدار ولتاژ مرجع 5 ولت می باشد.

4-1-3) بخش RESET میكرو

از IC، TL7705 جهت مدار ریست میكرو استفاده شده است. كه این IC هم بوسیله كلید دستی ریست را فعال می كند و هم با كاهش ولتاژ از حد معینی باعث ریست شدن میكرو می گردد. با رسیدن ولتاژ میكرو به 4.6v این IC فعال می گردد و منیكرو را ریست می كند. از IC، 74HC14 جهت تیز كردن لبه های آن استفاده شده است.

دیود 1N4148, D8 جهت OR بكار می رود در این صورت علاوه بر ریست خارجی ریست نرم افزاری داخلی نیز می تواند عمل كند.

5-1-3) بخش ویكور آدرس

این بخش شامل دو Latch آدرس است كه مستقیماً به Adress باس میكرو متصل شده است كه جهت Latch و نگهداری آدرس بكار می رود كه بوسیله ALE میكروكنترلر فعال می گردند.

از PAL22v40 جهت decoder آدرس استفاده شده است كه برای انتخاب EPROM وRAM6264 وRTC48TO8 و Adress Out، DATAIN، DATAOUT، كه Output PAL هستند و ورودی خط های آدرس و RD و WR هستند. كه شمای آن در شكل زیر است.

6-1-3) بخش RAMها و EPROM

این بخش شامل دو RAM است كه هر كدام 8 كیلو ظرفیت دارند و یك EPROM كه  27C512 می باشد كه 64K حافظه دارد ولی در این پروژه از 48K آن استفاده می‌شود. یكی از RAMها 48TO8 است كه كریستال و باتری backup داخلی دارد و هشت بیت انتهائی آن اطلاعات مربوط به تاریخ و زمان را شامل می شود. 48K ابتدائی حافظه مربوط به EPROM است و 8K حافظه بین 48 تا 56 مربوط به 48TO8 است و 8K انتهائی RAM مربوط به 6264 است.

7-1-3) بخش Data Out/In

این بخش شامل بافر دو طرفه 74HC245 است كه جهت آن توسط پایه شماره 19 میكروكنترلر تعیین می گردد. هنگام نوشتن اطلاعات در خروجی مقدار آن صفر و هنگام خواندن اطلاعات از خروجی مقدار آن 1 است. برای data out از 74HC574 استفاده شده است كه CIK آن از Pal می آید. برای data in از بافر 74HC541 استفاده شده است كه از سوی Pal فعال می شود.

فنی و مهندسی