پایان نامه کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر
در زندگي روزمره، واژه كنترل بسيار بكار برده ميشود و اصطلاحاتي نظير كنترل رشد جمعيت، ترافيك و غيره در گفتگوهاي روزمره بسيار شنيده ميشود. معمولاً كلمه كنترل وقتي به كار برده ميشود كه نوعي مهاركردن و تسلط بر يك پديده مورد نظر باشد. علاقه انسان به تحت اختيار درآوردن و تسلط بر پديدهها باعث پيدايش شاخه جديدي از دانشها به نام عمل كنترل گرديده است.
علم كنترل، علمي است كه در مورد چگونگي تحت اختيار در آوردن و هدايت رفتارهاي پروسة ها (فرآيند يا پديدهاي كه مايل به تحت اختيار در آوردن آن هستيم) صحبت ميكند.
1-1- خودكارسازي (اتوماسيون)
يك سيستم كنترل كه بدون دخالت عامل انساني و خود به خود قادر به تنظيم خروجي باشد را سيستم كنترل خودكار يا اتوماتيك ميگوييم. خط سير و هدف همة صنايع به سمت افزايش توليد بيشتر ميباشد و اين خط سير از ميان خودكارسازي يا اتوماسيون فرآيندها و ماشين آلات مي گذرد. خودكارسازي ممكن است به دليل افزايش كميت محصول و يا بهبودي در كيفيت و دقت آن صورت بگيرد. اما به هر شكل، اين روند همواره با جايگزيني برخي يا همة اعمال و وروديهاي انساني مورد نياز جهت انجام و كنترل عملكردهاي ويژه، همراه ميباشد. بسياري از كارخانهها و كارگاهها به جاي اينکه كارگران را عملاً و به طور فيزيكي با انجام وظايف درگير كنند. از آنها جهت كنترل ماشينها و تجهيزات استفاده مي نمايند. اين نوع از كنترل نيازمند كارگري است كه نحوه عمل يك فرآيند بخصوص را مي داند.
و نيز مي داند كه چه وروديهايي نياز است تا خروجي در سطح دلخواه باقي بماند.
اما به منظور تحقق خودكارسازي يك فرآيند، اپراتورها و كارگران بايد توسط شكلي از سيستمهاي خودكار جايگزين گردند. سيستمهاي خودكار قادرند فرآيند را بدون مداخله انسان يا با دخالت اندك كنترل كنند. اين امر نيازمند سيستمي است كه قادر باشد يك فرآيند را راه اندازي كرده و آن را متوقف كند.
كنترل اتوماتيك
هر سيستم کنترل را به سه بخش اصلي مي توان تقسيم كرد: ورودي، بخش پردازشگر و خروجي.
وظيفه بلوك پردازشگر يا كنترلگر، تهيه خروجي به شكل و اندازه دلخواه از سيگنالهاي متفاوت ورودي ميباشد.
روشهاي مختلفي براي اجراي توابع كنترلي جهت به دست آوردن خروجيهاي مشابه از ورودي هاي يكسان موجود ميباشد كه مي توان از آن به عنوان بلوك كنترل استفاده كرد. همچنين در كنترل يك سيستم توسط يك اپراتور از نوع انساني، اپراتور، همارز بلوك كنترلگر يا بخش پردازشگر است. زيرا اين اپراتور است كه مي داند چه خروجي دلخواهي مورد نياز است، بنابراين بطور بصري يا بوسيلة وسايل اندازهگيري در حال اندازهگيري و قرائت مداوم متغيرهاي مربوطه، يعني وروديها ميباشد و بسته به اطلاعات بدست آمده، عكس العمل لازمه را نشان خواهد داد و مقادير پيش داده بلوك كنترل را تغيير خواهد داد تا خروجي دلخواه حاصل شود.
وروديها
سيگنالهاي ورودي معمولاً توسط مبدلهاي (Transducer) مختلفي كه كيفيتهاي فيزيكي را به سيگنالهاي الكترونيكي تبديل ميكنند فراهم ميشوند. اين مبدلها ميتوانند يك كليد فشاري ساده، ترموستات يا كشش سنج و غيره باشند همگي آنها اطلاعات مربوط به كميت اندازهگيري شده را به بخش پردازشگر انتقال مي دهند. بسته به نوع مبدل استفاده شده اين اطلاعات مي توانند به صورت دودويي (ديجيتال) يا پيوسته (آنالوگ) باشند كه به عنوان كميت ورودي ارائه ميشوند.
خروجيها
چنانچه قرار باشد كه يك سيستم كنترل بر طريقة عملكرد يك فرآيند، دخالت و تسلط داشته باشد، بايستي قادر به تغيير عناصر كليدي يا كميت هاي مهم فرآيند باشد. اين كار با استفاده از المانهاي خروجي از قبيل پمپها، موتورها، پيستونها، رلهها و غيره تحقق مي پذيرد. اين المانها، سيگنالهاي سيستم كنترل را به ديگر كميتهاي مورد نياز، تبديل ميكنند. به عنوان مثال، يك موتور، سيگنالهاي الكتريكي اخذ شده از سيستم كنترل را به حركت دوراني تبديل ميكند. به بيان ديگر المانهاي خروجي نيز به گونهاي، نوعي از مبدلها مي باشند. همانند مبدلهاي ورودي، المانهاي خروجي نيز مي توانند واحدهاي ساده دودويي و يا متغيرهاي پيوسته در حوزه تغييري بين حالت كاملاً خاموش تا كاملاً روشن (آنالوگ) باشند.
بخش پردازشگر يا بلوك كنترل
اين بلوك مشابه با دانستههاي اپراتور در مورد عملكرد سيستم است كه به اين دانستهها، جهت تحت كنترل باقيماندن يك فرآيند نياز ميباشد. اپراتور از اين آگاهي و نيز مهارت خود استفاده ميكند و با تلفيق كردن آن با اطلاعات بدست آمده از اندازهگيري ورودي، خروجي مطلوب را توليد ميكند. در سيستمهاي كنترل اتوماتيك، طرح استفاده شده به عنوان بلوك كنترل اين وظيفه را به عهده دارد و با توجه به اطلاعات اخذ شده از سيگنال ورودي، خروجي مطلوب را تهيه ميكند. اين طرح كنترلي به دو روش متفاوت قابل اجرا است: با استفاده از سيستمهاي كنترل غير قابل تغيير توسط اپراتور و نيز با استفاده از كنترل كنندههاي قابل برنامهريزي. در سيستمهاي غير قابل تغيير توسط اپراتور وقتي كه سيستم كنترل ساخته شد و عناصر آن به يكديگر مرتبط شدند، داراي توابع و برنامة ثابتي خواهند شد كه ديگر به وسيلة اپراتور امكان تغيير در آن وجود ندارد. اما در يك سيستم قابل برنامهريزي، توابع و وظايف كنترلي، برنامهريزي شده و در يك واحد حافظه ذخيره ميشوند و اگر ضرورتي پيش آمد، ميتوانند بوسيلة برنامهريزي مجدد تغيير داده شوند.
جدول زير نمونههايي از سيستم هاي كنترل ثابت و قابل برنامهريزي را همراه با نوع كنترلي كه توسط آن ها قابل اجرا است – ديجيتالي يا آنالوگ – به تصوير مي كشد.
سيستمهاي ثابت | نوع | سيستمهاي قابل برنامهريزي | نوع |
رله ها | ديجيتال | كامپيوترها | ديجيتال/آنالوگ |
منطق الكترونيك | ديجيتال | ميكروكامپيوترها | ديجيتال/آنالوگ |
منطق پنوماتيكي | ديجيتال | سيستمهاي C-P | ديجيتال/آنالوگ |
منطق هيدروليك | ديجيتال | ||
الكترونيك آنالوگ | آنالوگ |
1-2- سيستمهاي ديجيتال و آنالوگ
تغييرات بيشتر كميتهاي طبيعي مانند دما، سرعت، مكان و غيره پيوسته و تدريجي بوده و در حوزهاي محدود از مقادير متفاوت مربوط به كميت قرار دارد. اينگونه كميت ها را كميتهاي آنالوگ يا پيوسته مي نامند. بسياري از سنسورها (سنسور يك نوعي آشكار ساز است كه يك كميت فيزيكي را به شكلي از سيگنال مثلاً صوتي، تصويري و … تبديل ميكند. بنابراين به نحوي مي توان آن را يك مبدل هم خواند) سيگنالهاي آنالوگي را توليد ميكنند كه يا دامنه و يا فركانس آن بسته به نوع سنسور و كميت اندازهگيري شده، تغيير ميكند. در سنسورها سيگنالها، دامنه تغييراتي در حدود V ۵-۰ دارند. براي سنسورهاي با فركانس خروجي متغير،محدوده فركانس بستگي به شصتمين پريود (فركانس برق شهر Hz ۶۰ فرض شده است) و بهسازي سيگنال دارد. از سوي ديگر وسايل زيادي نيز وجود دارند كه سيگنالهاي ديجيتالي را توليد كرده و يا به اين نوع سيگنالها پاسخ ميدهند. در اين نوع سيگنالها فقط دو حالت ممكن وجود دارد و اين حالت بطرق مختلفي نامگذاري ميشود:
Off | On |
Closed | Open |
NO | Yes |
0V | +5V |
1 | |
False | True |
سيگنالهاي دو حالته را مي توان با استفاده از سيستم اعداد دودويي نمايش داده به اين ترتيب كه يك سطح به مقدار ۱ و سطح ديگر به مقدار نسبت داد. بنابراين در سيستمهاي ديجيتالي، سطح واقعي سـيگنال، بيشـتر براي نمايش منطقي بصورت ۱ يا اهميت دارد تا براي اندازه كميت دقيق سيگنال.
كنترل آنالوگ
سيستم كنترل آنالوگ به طور مستقيم از سيگنالهاي ورودي كه از سنسورهاي اخذ ميكند استفاده كرده و المانهاي خروجي يا محركها را از قبيل سوپاپ، پمپها، گرم كنندهها و غيره راهاندازي مينمايد. اين محركها خود مي توانند المانهاي آنالوگ يا سوئيچي به صورت ديجيتالي باشد.
نوع پردازشي كه در سيستم كنترل بر روي سيگنال انجام ميگيرد به خصوصيات و مقتضيات خود فرآيند بستگي دارد. بيشتر اين پردازشها به طور نمونه تقويت سيگنال و بعضي از اعمال رياضي، از قبيل مجموعگيري، انتگرالگيري و … مي باشند كه به منظور ايجاد تغييرات مورد نياز جهت حصول خروجي مطلوب انجام ميگيرد. كنترل كنندههاي آنالوگ شامل سيستمهاي الكترونيك آنالوگ، كامپيوترها و ميكروكامپيوترها مي باشند.
كنترل ديجيتال
از كنترل off/on به ميزان زيادي در بيشتر كارخانجات استفاده ميشود. بسياري از ماشينها و پروسه ها داراي واحدهايي هستند كه خود بوسيلة تعداد بيشتري از عملكردهاي ساده با گامهاي ترتيبي كنترل ميشوند اين واحدها فقط مي توانند در يك حالت از دو حالت ممكن، عملي را انجام دهند. نمونههاي متعددي وجود دارد كه در آنها سيگنالهاي ورودي به شكل غيرپيوسته يا دو حالته مي باشند مثلاً به صورت پالسهاي اخذ شده از يك سوئيچ يا بيتهاي اطلاعاتي اخذ شده از يك صفحه كليد و غيره. دراين گونه موارد از فناوري سيستم كنترل دودويي استفاده ميكنند. كنترل كنندههاي ترتيبي دودويي شامل روشهاي مبتني بر رلهها سيستمهاي منطقي الكترونيكي هيدروليكي، كامپيوترها، ميكروكامپيوترها و كنترل كنندههاي قابل برنامهريزي مي باشند.
1-3- انواع فرآيندهاي صنعتي
انواع بسيار زيادي از فرآيندهاي مختلف توليدي وجود دارند كه در صنعت روز بايستي انجام گيرند. همه اين فرآيندها را در ارتباط با نوع عملكردي كه در فرآيند اتفاق مي افتد، در سه گروه اصلي مي توان طبقه بندي كرد:
۱- توليد پيوسته (Continuous Production)
۲- توليد مرحلهاي (Batch Production)
٣- توليد گام به گام (Discreate Item Production)
هر كدام از اين فرآيندها خصوصيات منحصر به فرد دارند كه در هنگام طراحي يك سيستم كنترل بايستي در نظر گرفته شوند.
فرآيند هاي پيوسته
يك فرآيند پيوسته، مواد خام را در ورودي خود مي پذيرد و به طور پيوسته روي آن عمل ميكند تا اين که در خروجي، ماده نهايي يا محصول، توليد شود. اين پروسة ممكن است مدت مديدي، مثلاً دقيقهها، ساعتها يا حتي در بعضي شرايط ماهها به طول انجامد. فرآيند توليد ورق فولادي مثالي از يك فرآيند پيوسته است.
فرآيند مرحلهاي
يك فرآيند مرحلهاي از تعدادي مواد اوليه به عنوان ورودي استفاده كرده و روي آن ها عمليات لازمه را انجام مي دهد تا مقدار معيني از محصول نهايي (خروجي) يا محصولي كه در طبقات بعدي مورد پردازش قرار ميگيرد را توليد نمايد. نوع كنترل استفاده شده در هر مرحله بستگي به ذات خود فرآيند دارد. اما براي بيشتر اين وظايف مي توان از كنترل ديجيتالي استفاده نمود.
توليد گام به گام
در اين فرآيند يك قطعه خاص قبل از توليد شدن به صورت نهايي، متحمل عمليات متفاوتي ميشود. ممكن است در حين اجراي فرآيند به طور پي در پي، چندين جزء به آن اضافه يا مونتاژ شود تا به صورت يك قطعه يا واحد خاص ظاهر شود. بيشتر اين فعاليتها بر پايه سيستم كنترل off/on يا ديجيتال بنا شدهاند كه شامل ارتباط زنجيرهاي بين ماشينها براي انتقال اطلاعات نيز ميباشد. اين ارتباط زنجيرهاي معين ميكند كه عمل قبلي ماشين چه موقع تمام شده است و عمل بعدي چه وقت شروع خواهد شد. معمولاً اين عمل را interlocking[1] مي نامند.
1-4- استراتژي كنترل
ساده ترين استراتژي كنترل به نام حلقه باز مشهور است. ايده اساسي در ساخت يك سيستم كنترل حلقه باز قرار دادن سيستم با تنظيم خروجي فعال سيستم در حداكثر وقت ممكنه به منظور توليد خروجي دلخواه است. هيچگونه اطلاعاتي به كنترل كننده جهت ادامه عمل مناسب خروجي، فيزيك نميشود. به عبارت ديگر، براي مقايسه خروجي با ورودي هيچ امكاني وجود ندارد. بنابراين در اين نوع سيستم ها مي تواند خطاهاي نسبتاً بزرگي رخ دهد.
كنترل حلقهباز
در برخي موارد سيستم كنترل حلقه باز مي تواند عملكرد قابل قبولي را از خود ارائه دهد. بويژه اين نوع سيستم مي تواند زماني كه از نظر اقتصادي يا حتي فيزيكي استفاده از سيستمهاي پيشرفتهتر مقرون به صرفه نباشد كارگشا واقع گردد.به شرط آن كه هيچگونه اغتشاش غير معمولي رخ ندهد، عمل دستگاه با كنترل حلقه باز رضايت بخش خواهد بود، هرچند مجبور خواهيم بود به طور مداوم ماشين را تحت مراقبت داشته باشيم. در صورتي كه هر گونه اغتشاش غير قابل پيش بيني يا اختلالي بر روي فرآيند تأثير بگذارد، هيچ راهي براي جلوگيري از آن وجود نخواهد داشت و ممكن است سيستم از كنترل خارج شود. با اين وصف چنانچه عوامل خارجي مؤثر بر عملكرد سيستم را بشناسيم، صحيح نيست كه آنها را ناديده انگاريم. اين كار با رصد (monitor) اغتشاش هاي شناخته شده در يك سيستم و استفاده از اطلاعات به دست آمده از اين نظارت امكانپذير است. يك چنين استراتژي را كنترل پيش خور يا feed forward control مي نامند.
[1]-interlocking وضيعتي است كه در صورت وجود يك حالت نامطمئن يا مشكوك، از به كار افتادن دستگاه يا اجراي فرآيند جلوگيري ميشود.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.