ادوات ورودی و خروجی PLC

مشخصات یك سیستم كنترل كننده :

سیستم كنترل دارای سه بخش است :

1- ورودی / 2- پردازش / 3- خروجی

ورودی: وضعیت فرایند و وردیهای كنترلی اپراتور را تعیین كرده و می خواند.

پردازش :با توجه به ورودیها ‏‏‎‎؛پاسخها وخروجیهای لازم را می سازد .

خروجی :فرمانهای تولید شده را به فرایند اعمال می كند .

ورودی ها :در قسمت ورودیها ؛مبدل های موجود در سیستم ؛كمیت های فیزیكی را به سیگنالهای الكتریكی تبدیل میكند ،سیگنالهای الكتریكی كه تولید می شوند معمولاً دامنه ‎ُُُُُُُ بسیار كمتری دارند و باید تقویت شوند تا در سیستم كنترل مورد استفاده قرار گیرند ،در صنعت مبدل های زیادی نظیر دما ؛ فشار ؛ مكان ؛ سرعت ؛شتاب ؛ و ..... وجود دارند و خروجی یك مبدل ممكن است گسسته (باز یا بسته بودن كلید )یا پیوسته (تغییرات پیوسته دما و سرعت ) باشند ،

خروجیها :عمل گرهایی وجود دارند كه فرامین داده شده به انها را به فرایند منتقل می كنند ،پمپها ؛موتورها ؛و رله ها از جمله این عملگرها هستند . این وسایل فرامینی كه از پردازش می ایند (معمولا الكتریكی هستند ) را به كمیتهای فیزیكی دیگر تبدیل می كنند .مثلا موتورها ؛سیگنال الكتریكی راد به حركت دوار تبدیل می كنند . ادوات خروجی نیز میتوانند مانند ادوات ورودی گسسته یا پیوسته باشند .

انواع سنسور های ورودی :

چندین نوع سنسور دما در صنعت وجود دارد كه هر یك دقت و محدودة كار خاص خود را دارند كه در زیر به بعضی از این نوع سنسور ها اشاره می كنیم :

ترموكوپل :

ترموكوپل نوعی سنسور دما است كه از اتصال دو فلز غیر هم جنس در یك انتخاب بدست می اید اصول كار این وسیله بر مبنای سیبك است كه به این صورت بیان می شود :وقتی دو فلز غیر هم جنس از یك سمت به هم وصل می شوند اگر محل پیوند این دو فلز حرارت داده شود در سمت دیگر اختلاف پتانسیل كوچكی به وجود می اید . مقدار این ولتاژ در حدود چند ده میلی وات است بنابراین برای استفاده باید ان را تقویت نمود . ترموكوبل محدوده كار وسیعی دارد و برای اندازه گیری دماهای بالا (تا 1200 درجه سانتیگراد استفاده می شوند )

مقاومتهای حساس به دما RTD :

نیز گفته می شود مقاومتهایی هستند كه با افزایش RTDمقاومتهای حساس به دما دما مقاومت انها بیشتر میشود این مقاومت ها از عناصری مانند پلاتین /مس / نیكل و غیره ساخته میشوند .

با توجه به اینكه تغییرات این نوع مقاومت كمتر است یك مدار مناسب برای استفاده از ان پل وتستون است .

اغلب استفاده از این نوع مقاومتها نیاز به جبران حرارتی دارد زیرا جریان درون سیمها اندكی انها را گرم می كند بنابراین دمایی كه این نوع مقاومتها نشان میدهد اندكی با دمای داخلی تفاوت دارد در صورتی كه دقت زیاد مورد نظر باشد استفاده از مداهای جبران كننده كه با افزایش دمای ناخواسته , این نوع مقاومت را جبران كند الزامی است.

ترمیستور :

ترمیستور شبیه مقاومت های حرارتی است با این تفاوت كه ضریب حرارتی ان صفر است یعنی با افزایش دما مقاومت ان كاهش می یابد هوچنین معمولا تغییرات مقاومت ترمیستور با حرارت بیشتر از مقاومت های حرارتی است .

ترمیستور ها از مواد نیمه هادی ساخته می شوند و در دو نوع وجود دارند :

1- روكش فلزی

2- روكش شیشه ای

نوع روكش فلزی را مستقیما میتوان روی اجسام مختلف قرار داد .

از ترمیستور به شیوه های مختلف در پل ویتستون میتوان استفاده كرد: مثلا از ترمیستور برای جبران حرارتی یك اندازه گیر دقیق استفاده میشود و یا همچنین از ترمیستور برای سنجش تفاوت دمای دو نقطه مختلف استفاده میشود.

ایسی های سنسور حرارت:

ایسی های سنسور دما در اندازه یك ترانزیستور معمولا ساخته می شود و عموما سه پایه دارد . استفاده از این سنسور ها بسیار ساده است و همچنین محدوده كار این نوع ایسی ها معمولا بین 55 درجه سانتی گراد تا 150 درجه سانتی گراد است . وخروجی انها خطی است كه ممكن است متناسب با درجه بندی دمای مطلق یا درجه بندی سانتی گراد باشد .

اندازه گیری دما با امواج مادون قرمز :

اندازه گیری در مواقعی كه دمای مورد نظر خیلی زیاد باشد از ابزار های اندازه‌گیری دما با امواج مادون قرمز استفاده می گردد این ابزار بدون قرار گرفتن در محل داغ دمای ان را اندازه می گیرد . اساس كار این دستگاهها تابش از اجسام است.

هر جسمی در هر دمایی باشد از خود نوری منتشر می كند با افزایش دما میزان تابش ؛ بیشتر می شود كه با اندازه گیری شدت موج و طول موج دمای جسم بد ست می اید.

دماسنج های مادون قرمز اندازه گیری دما را بدون اتصال به جسم گرم انجام میدهند و به این ترتیب در صنعت كاربرد زیادی دارند .

موارد استفاده از این وسیله عبارت است از اندازه گیری دمای فلزات مذاب ؛ دمای شیشه در حالت ساخت و همچنین در خط تولید كنترل كیفی برد های الكترونیكی برای تشخیص نقاطی از برد كه بیش از حد گرم شده اند از این نوع سنسور می توان استفاده كرد .

سنسور های غیر الكتریكی :

اتصال دو نوار فلز غیر هم جنس به هم یك سنسور دمای غیر الكتریكی می‌سازد .فلزات ضریب انبساط حرارتی متفاوتی دارند بنا بر این با تغییر دما ؛دو فلز ؛ انبساط طولی متفاوتی پیدا می كنند و چون به هم وصل شده اند كل میله خم می گردد .

این نوع سنسور ها دقت كمی دارند ولی ارزان و در وسایل خانگی از انها استفاده می گردد

انواع سنسور فشار:

فشار سنجهای مكانیكی:

این فشار سنجها در انواع مختلفی ساخته می شود در یك نوع از این فشار سنج ها یك لوله خمیده وجود دارد كه یك جهت ان مسدود است و به عقربه ای متصل است سمت دیگر لوله باز است و به مخزن گاز یا مایعی كه می خواهیم فشار ان را اندازه بگیریم وصل می گردد. فشار باعث می گردد لوله خمیده اندكی باز گردد و سپس عقربه حركت كند .

این فشار سنج ها دقت كمی دارندو برای فشارهای بالای یك اتمسفر و تا چند هزار اتمسفر استفاده می شوند نوع دیافراگمی این فشار سنج ها وجود دارد كه دقت و حساسیت بیشتری داشته وبرای فشار های كمتر استفاده می گردد.

سنسور پیزو الكتریك :

كریستالهای خاصی از عناصر وقتی تحت فشار قرار می گیرند ولتاژ كوچكی در دو سر انها ایجاد می شود با اندازه گیری این ولتاژ میتوان میزان فشار را تعیین نمود .

سنسور خازنی :

در این سنسور ها كه نوعی از سنسور های فشار است یك خازن متشكل از دو صفحه فلزی و ماده دی الكتریك بین انها وجود دارد ؛در اثر فشار فاصله بین صفحات تغییر كرده و این ظرفیت خازن را تغییر می دهد . به صورت مشابه از تغییر ادوكتانس یك سلف نیز در سنجش فشار استفاده می گردد .

سنسور های چگالی و چسبندگی :

در بسیای از صنایع؛ بخصوص صنایع تولیدات مواد شیمیایی اندازه گیری چگالی و چسبندگی محصول ضروری است .

سنسور های چگالی مایع :

چگالی یك مایع را میتوان هنگامی كه مایع در لوله ای جریان دارد اندازه گرفت . سنسور به گونه ای نصب می گردد كه بخشی از مایع از داخل ان عبور كند یك شناور در داخل سنسور وجود دارد وقتی چگالی مایع زیاد شود شناور بیشتر به سمت بالا رانده می شود یك سنسور مكان تغییر مكان شناور را تشخیص می دهد همچنین یك سنسور دما ؛دمای مایع را اندازه گیری می كند سپس با اندازه گیری مكان شناور و دمای مایع ؛چگالی مشخص می شود.

سنسور های موقعیت :

در كاربرد های زیادی لازم است میزان تغییر مكان خطی یا چرخشی اندازه گیری شود.

پتانسیومتر خطی و چرخشی :

پتانسیومتر یك مقاومت متغیر است كه با تغییر مكان بازوی ان مقدار مقاومت تغییر می‌كند با اندازه گیری میزان مقاومت بین بازوی متحرك و یكی از سرهای ثابت ؛مكان بازوی متحرك مشخص می گردد ؛انواع پتانسیومتر ها در ابعاد و مقاومت های مختلف ژدر بازار وجود دارد . پتانسیومتر های چرخشی در دو نوع یك دوری و چند دوری وجود دارند ؛ در نوع یك دوری میزان چرخش بازوی متحرك كمتر از 360 است و در نوع چند دوری میزان چرخش به 10 تا 20 دور می رسد .

: LUDT مبدل تفاضلی تغییرات خطی

یك ترانسفور ماتور با یك یك سیم پیچ اولیه و دو سیم پیچ ثاتویه یكسان LUDT است .

سیم پیچها دور یك لوله پیچیده شده اند و داخل انها یك میله اهنی متحرك وجود دارد وقتی میله اهنی نزدیك سیم پیچ ثانویه است خروجی ان حد اكثر است و دو سیم پیچ خروجی طوری بسته شده اند كه وقتی میله ما بین انها باشد خروجی صفر است .

سنسور های مجاورت :

این كلید ها از خاصیت القایی جریانهای سرگردان استفاده می كنند این كلید وجود یا عدم وجود یك هدف را تشخیص می دهد .

خروجی سنسور به صورت 0یا 1 است فاصله ای كه این سنسور ان را تشخیص می‌دهد. معمولا بین 2. میلی متر تا 10 میلی متر است سنسور هایی كه از اثر خازن استفاده كنند قادر به تشخیص پلاستیك ؛چوب ؛ كاغذ و فلزات غیر مغناطیسی هستند

سنسور های اثر هال :

ابتدا باید بدانیم اثر هال چیست ؟

فرض می كنیم از یك صفحه فلزی جریان الكتریكی عبور كند اگر میدان مغناطیسی عمود بر صفحه اعمال كنیم اختلاف پتانسیل در عرض صفحه ایجاد می شود این اثر را اثر هال گویند .

تعداد ولتاژ هال بسیار كم و در حد 30-20 میلی ولت است بنا بر این باید ان را تقویت نمود تا قابل استفاده باشد .

در برخی از كاربرد ها مثل تشخیص باز یا بسته بودن در ؛ یك مغناطیس كوچك در داخل سنسور وجود دارد وقتی در بسته می شود یك قطعه فلز مغناطیس و سنسور ها ل قرار می گیرد و مانع رسیدن میدان مغناطیس به سنسور و در نتیجه ولتاژ هال صفر می شود بدین ترتیب بسته بودن در تشخیص داده می شود . LET در كد كننده ها یك

كد كننده ها :

كد كننده ها وسایل الكترو مكانیكی هستند كه مكان یا حركت را تشخیص می دهند .

كد كننده چرخشی ؛افزایشی :

اگر در كد كننده خطوط یك سری پالس تولید شود نمیتوان جهت حركت را تشخیص داد و فتوسل وجود دارد كه دو قطار پالس تولید می كنند LED بنا بر این در كد كننده ها این دو قطار پالس نسبت به هم اختلاف فاز دارند وجود این اختلاف فاز سبب می شود كه جهت حركت را بتوان تشخیص داد .

سنسور های حركت :

سنسور های زیادی برای تشخیص شتاب ؛ سرعت و سرعت دورانی وجود دارد .

اندازه گیری شتاب :

شتاب سنجها عمدتا در تشخیص لرزش پلها و بزرگ راههایی كه در معرض زلزله هستند به كار می رود هم چنین برای تشخیص لرزش پمبپها و ماشین های عظیم استفاده می شوند

شتاب از قانون نیوتن اندازه گیری می شود برای جرم ثابت یا اندازه گیری نیرو می توان شتاب را اندازه گرفت . در بیشتر شتاب سنجها از سنسور پیزو الكتریك استفاده می گردد.

ویژگی مهم سنسور های پیزو الكتریك خروجی بزرگ ؛ پاسخ فركانس بالا و سختی انها است .

تا كومتر :

تاكومتر سرعت زاویه ای یك محور را اندازه می گیرد و بر حسب دور بر دقیقه نشان می دهد . اندازه گیری دورانی نسبتا ساده است . سرعت دورانی را میتوان با میزان القای ولتاژ در یك سیم پیچ اندازه گرفت هم چنین با استفاده از یك فتوسل و شمارش تعداد پالسها سرعت دورانی را میتوان اندازه گرفت .

سنسور های رطوبت :

رطوبت سنجی عبارت است از میزان بخار اب موجود در هوا نسبت به كل میزان بخار ابی كه می تواند در هوا وجود داشته باشد .

در بسیاری از صنایع اندازه گیری میزان رطوبت هوا بسیار مهم است . میزان رطوبت نسبی به دما وابسته است و هر چه دما بیشتر باشد رطوبت بیشتری می تواند به وجود اید به همین دلیل سنسور های رطوبت معمولا یك سنسور دما در داخل خود دارند كه اثر دما را جبران می كند .

صفحه كلید :

اغلب ماشین ها دارای صفحه كلید هستند كه دستورات لازم برای تنظیم شرایط مورد نیاز جهت خروجیهایی مثل دما و سرعت به ان وارد می شود چنین صفحه كلید هایی معمولا دارای دكمه هایی هستند كه وقتی فشرده می شوند چنان عمل می كنند تا صفحه سیلیكانی این اتصال را بر قرار سازد .

ادوات خروجی

تمامی مدارهای ا لکترونیک صنعتی دارای انواع مختلفی از ادوات خروجی هستند که بوسیله آنها کنترل سیستم را انجام می دهند .

به عنوان مثال یکی از ادوات خروجی سیستم می تواند تقویت کننده ای برای راه اندازی شیر برقی یا موتور باشد از تقویت کننده به این خاطر استفاده می‌شود که سیگنال خروجی کنترل کننده ممکن است ضعیفتر از حدی باشد که بتواند یک شیر برقی را راه اندازی کند .

بعضی از ادوات خروجی در داخل خود دارای تقویت کننده سیگنال هستند و در برخی دیگر تقویت کننده به صورت قطعه ای جانبی به سیستم اضافه می‌گردد سیگنال خارج شده از کنترل کننده می تواند سیگنال دیجیتال یا انولوگ باشد که تقویت کننده این سیگنا ل را می گیرد و ولتاژ و جریان مناسب برای راه‌اندازی موتور را تولبد می کند .

شیر های برقی :

یکی از ساده ترین ابزارها و ادوات کنترل در مدار صنعتی شیر های برقی بوبین دار هستند این نوع شیرها از یک سیم پیچ مغناطیصس به اضافه یک میله متحرک تشکیل شده اند .

هنگامی که سیم پیچ برق دار می گردد ،میله را به طرف خود می کشد و بدین ترتیب مسیر شیر باز می گردد زمانی که سیم پیچ از تحریک می افتد نیروی کشش فنر میله را به حالت اولیه خود بر می گرداند و راه گردش مایع مسدود می شود .

شیر های برقی در انواع مختلف AC و DC قابل تهیه هستند . نوع DC در ولتاژهای 240 ، 120 ،24 ، 12، 6 ، و نوع AC در فرکانس HZ 60 و در ولتاژهای 480 ، 240 ،‌120 و 24 ولت در دسترس وجود دارد .

شیر های برقی برای کنترل جریان هوا ، آب ، گازهای ساکن ، روغنهای سبک ، خنک کننده ها و دیگر سیالات ساخته شده اند .

شیر های مقایسه ای :

در مورد شیر های برقی ممکن است این طور به نظر برسد که تمام شیر های برقی دارای 2 حالت کاملا باز و کاملا بسته هستند اما در عمل این نوع شیرها در بسیاری موارد ناچار به مقایسه و تنظیم بعضی از پارامترهای سیستم می‌شوند این بدین معنی که درجه باز یا بسته بودن آنها بین 0 تا 100 درصد قابل تنظیم است . شیر های مقایسه ای عمدتا در سیستم های هیدرولیکی هنگامی که کنترل یک بار سنگین مورد نظر است استفاده می گردند .

به عنوان مثال این نوع شیرها می توانند برای کنترل فشار و جریان پلاستیک ورودی به یک ماشین تزریق قابل پلاستیک مورد استفاده قرار می گیرند .

انواع مختلف شیر های برقی مقایسه ای :

شیر های کنترل هدایتی

شیر های کنترل جریان

شیر های کنترل فشار

شیر های برقی موتور دار :

نوعی دیگر از شیر های برقی شیرهایی هستند که برای باز یا بسته شدن از نیروی یک موتور الکتریکی کمک می گیرند . محور موتور به آرامی گردش می‌کند و مسیر جریان را باز یا بسته می کند زمان لازم برای باز یا بسته شدن دریچه شیر بین 10 الی 20 ثانیه است .

بعضی از کاربرد های این نوع شیرها عبارتند از کنترل دریچه مسدود کننده جریان هوا در سیستم های تهویه هوا که با استفاده از این نوع شیر ها امکان تنظیم و کنترل دریچه مسدود کننده را در هر حالت دلخواهی بین حالت کاملا باز و کاملا بسته خواهیم داشت .

این موتور ها در انواع AC و DC در دسترس هستند که نوع 24 ولت AC برای استفاده در سیستم های تهویه هوا و گرم کننده ها مناسب است .

رله ها ،کنتاکتورها و راه اندازهای موتور :

محدوده وسیعی از ادوات خروجی کنترل کننده ها در سیستم های کنترلی عبارتند از:

رله ها ،کنتاکتورها و راه اندازهای موتور .

در یک سیستم کنترل قسمت های مختلفی با هم همکاری می کند تا کنترل یک سیستم پیچیده امکان پذیر باشد مانند سوئیچ های محدود کننده ، سوئیچ های بدون تماس و سوئیچ های نوری که تمام آنها بوسیله کابل به هم مرتبط شده اند و در نهایت پس از انجام عملیاتی بر روی علایم فرستاده شده توسط آنها یک عملگر مثل رله یا کنتاکتور یا راه انداز موتور را فعال می‌کنند رله ها و کنتاکتورها و راه اندازهای موتور تا حدی زیادی به هم شباهت دارند زیرا تمام آنها دارای بوبین محرک هستند که با تحریک آن یک سری اتصالات به هم مرتبط و یکسری از هم جدا می شوند در این بین رله ها از نظر حجم و اندازه و مشخصات کارکرد از دو مورد دیگر کوچکتر هستند . همچنین محدوده جریا ن قابل عبوری از اتصالات رله ها از دو مورد دیگر کمتر است و معمولا اتصالات آنها برای محدوده پاببن 15 امپر مناسب است . قطعه ای که اتصالات ان برای جربان مصرفی بالای 15 امپر طراحی شده است کنتاکتور نام دارد و از نظر اندازه و حجم نبز از رله ها بزرگتر هستند .

راه انداز موتور در واقع بک کنتاکتور است که قسمت محافظ در برابر اضافه بار به آن اضافه شده است . محافظ اضافه بار (OVER LOAD BLOCK) وظبفه محافظت در برابر جربان اضافی را که از موتور متصل شده به راه انداز کشبده می شود بر عهده دارد و ابن قسمت جربان اضافی احتمالی و با درجه حرارت بالای حد مجاز را حس کرده و فورا اتصالات خود را قطع می کند و موتور را از زبر بار خارج می نمابد .

محرکهای DC :

محرکهای DC برای کنترل موتور های DC مورد استفاده قرار می گیرد یکی از موانع بزرگی که در استفاده از موتور های DC وجود دارد هزینه بالای نگهداری آنها است زیرا موتور های DC دارای جاروبک و کموتاتور هستند که زود فرسوده می شوند .

موتور های پله ای :

موتور های پله ای نمونه ای از موتورهای الکتریکی هستند که بدون استفاده از فیدبک ام امکان کنترل سرعت و تنظیم موقعیت حرکتی را در اختیار ما قرار می دهند .

موتور های پله ای در 3 نوع مختلف در دسترس هستند:

موتورهایی با آهنربای دائمی موتورهایی با مقاومت مغناطیسی متغیر

موتورهای پیوندی

موتورهای پله ای خطی:

موتورهای پله ای خطی به جای اینکه گرد ساخته شوند به صورت تخت ساخته می شوند حرکت این نوع موتورها به جای اینکه حرکت دورانی و چرخشی ،حرکت افقی و مستقیم می باشد.

موتورهای خود فرمان :

این موتورها به دلیل دقت و ظرافت بالایی که در کنترل موقعیت و وضعیت حرکتی در هنگام انجام عمل از خود نشان می دهند در صنعت کاربرد فراوانی دارند.

یکی از محدودیتهایی که در کار با موتورهای پله ای با آن روبرو می شویم این است که موتورهای پله ای با قدرت بالا در دسترس نیستند و قدرت جابجایی بارهای سنگین را ندارند اما موتورهای خود فرمان در صورت نیاز تا بالای 50 HP نیز موجود هستند .

بعضی از مشخصات فنی موتورهای خود فرمان به قرار زیر است :

قابلیت ارائه بالاترین گشتاور در سرعتهای مختلف در سرعتهای پایین و در حالت توقف ناگهانی امکان بالا رفتن درجه حرارت موتور اصلا وجود ندارد امکان تغییر جهت ناگهانی و به سرعت شتاب گرفتن وجود دارد .

امکان افزایش و کاهش سرعت به آرامی تا رسیدن به موقعیت صحیح وجود دارد .

امکان جلوگیری از گردش بدون هدف در هنگام تکرار سیکل کاری وجود دارد . امکان افزایش و کاهش سرعت موتور به آرامی و تحت بارهای مختلف وجود دارد .

همچنین نوعی از موتور های خود فرمان وجود دارد که بدون جاروبک می باشد و کار جاروبک در این موتورها به صورت الکترونیکی انجام می گیرد که این عمل توسط روشن و خاموش شدن چند ترانزیستور در زمانهای مشخص انجام می پذیرد .