عملکردplc

عملکرد

سیستم PLC در یک قفسه، از چپ به راست: واحد منبع تغذیه (PSU)، CPU، ماژول رابط (IM) و پردازنده ارتباطی (CP)

پانل کنترل با PLC (عناصر خاکستری در مرکز). واحد متشکل از عناصر جداگانه، از چپ به راست. منبع تغذیه، کنترلر، واحدهای رله برای ورودی و خروجی
تفاوت اصلی با اکثر دستگاه‌های محاسباتی دیگر این است که PLC‌ها برای شرایط سخت‌تر (مانند گرد و غبار، رطوبت، گرما، سرما) در نظر گرفته شده‌اند و در نتیجه تحمل می‌کنند، در حالی که ورودی/خروجی گسترده‌ای (I/O) برای اتصال PLC ارائه می‌دهند. به سنسورها و عملگرها ورودی PLC می‌تواند شامل عناصر دیجیتال ساده مانند سوئیچ‌های محدود، متغیرهای آنالوگ از حسگرهای فرآیند (مانند دما و فشار)، و داده‌های پیچیده‌تر مانند موقعیت‌یابی یا سیستم‌های بینایی ماشین باشد.[28] خروجی PLC می تواند شامل عناصری مانند لامپ های نشانگر، آژیرها، موتورهای الکتریکی، سیلندرهای پنوماتیک یا هیدرولیک، رله های مغناطیسی، شیر برقی یا خروجی های آنالوگ باشد. ترتیبات ورودی/خروجی ممکن است در یک PLC ساده ساخته شوند، یا PLC ممکن است دارای ماژول های ورودی/خروجی خارجی باشد که به فیلدباس یا شبکه کامپیوتری متصل شده است که به PLC متصل می شود.

عملکرد PLC در طول سال ها تکامل یافته است و شامل کنترل رله متوالی، کنترل حرکت، کنترل فرآیند، سیستم های کنترل توزیع شده و شبکه می شود. پردازش داده ها، ذخیره سازی، قدرت پردازش و قابلیت های ارتباطی برخی از PLC های مدرن تقریباً معادل رایانه های رومیزی است. برنامه‌نویسی PLC مانند همراه با سخت‌افزار ورودی/خروجی راه دور، به یک رایانه رومیزی همه منظوره اجازه می‌دهد تا برخی از PLC‌ها را در برنامه‌های خاص همپوشانی کند. کنترل‌کننده‌های رایانه رومیزی به طور کلی در صنایع سنگین پذیرفته نشده‌اند، زیرا رایانه‌های رومیزی بر روی سیستم‌عامل‌های با ثبات کمتری نسبت به PLC‌ها کار می‌کنند، و به دلیل اینکه سخت‌افزار رایانه رومیزی معمولاً به همان سطوح تحمل دما، رطوبت، لرزش و طول عمر طراحی نشده است. پردازنده های مورد استفاده در PLC ها سیستم‌های عاملی مانند ویندوز خود را به اجرای منطق قطعی نمی‌دهند، در نتیجه ممکن است کنترل‌کننده همیشه به تغییرات وضعیت ورودی با سازگاری زمان‌بندی مورد انتظار از PLC پاسخ ندهد. برنامه‌های منطقی دسک‌تاپ در موقعیت‌های کمتر بحرانی، مانند اتوماسیون آزمایشگاهی و استفاده در امکانات کوچکی که برنامه کاربردی کمتر نیاز و حیاتی است، استفاده می‌شود.[نیازمند منبع]

توابع اساسی
اساسی ترین عملکرد یک کنترل کننده قابل برنامه ریزی، شبیه سازی عملکرد رله های الکترومکانیکی است. به ورودی های گسسته یک آدرس منحصر به فرد داده می شود و یک دستورالعمل PLC می تواند روشن یا خاموش بودن حالت ورودی را آزمایش کند. همانطور که یک سری از کنتاکت‌های رله یک عملکرد AND منطقی را انجام می‌دهند و اجازه عبور جریان را نمی‌دهند مگر اینکه تمام کنتاکت‌ها بسته باشند، بنابراین یک سری دستورالعمل‌های "examine if on" اگر همه بیت‌های ورودی روشن باشند، بیت ذخیره خروجی آن را روشن می‌کند. به طور مشابه، یک مجموعه موازی از دستورالعمل ها یک OR منطقی را انجام می دهد. در نمودار سیم‌کشی رله الکترومکانیکی، گروهی از کنتاکت‌ها که یک سیم‌پیچ را کنترل می‌کنند، "پله" یک "نقاشی نردبانی" نامیده می‌شوند و این مفهوم همچنین برای توصیف منطق PLC استفاده می‌شود. برخی از مدل های PLC تعداد دستورات سری و موازی را در یک "پله" منطق محدود می کنند. خروجی هر پله یک بیت ذخیره‌سازی را تنظیم یا پاک می‌کند، که ممکن است با یک آدرس خروجی فیزیکی مرتبط باشد یا ممکن است یک "کویل داخلی" بدون اتصال فیزیکی باشد. چنین سیم پیچ های داخلی را می توان برای مثال به عنوان یک عنصر مشترک در چندین پله جداگانه استفاده کرد. بر خلاف رله های فیزیکی، معمولاً محدودیتی برای تعداد دفعاتی که یک ورودی، خروجی یا سیم پیچ داخلی می تواند در یک برنامه PLC ارجاع داده شود، وجود ندارد.

برخی از PLC ها برای ارزیابی منطق پله، دستور اجرای دقیق از چپ به راست، از بالا به پایین را اعمال می کنند. این با کنتاکت‌های رله الکترومکانیکی متفاوت است، که در یک مدار به اندازه کافی پیچیده، بسته به پیکربندی کنتاکت‌های اطراف، ممکن است جریان را از چپ به راست یا از راست به چپ عبور دهند. حذف این "مسیرهای پنهان" بسته به سبک برنامه نویسی یا یک اشکال است یا یک ویژگی.

دستورالعمل‌های پیشرفته‌تر PLC ممکن است به‌عنوان بلوک‌های عملکردی پیاده‌سازی شوند، که وقتی توسط یک ورودی منطقی فعال می‌شوند، برخی عملیات را انجام می‌دهند و خروجی‌هایی را برای سیگنال تولید می‌کنند، به عنوان مثال، تکمیل یا خطاها، در حالی که متغیرهایی را که ممکن است با منطق گسسته مطابقت نداشته باشند، به صورت داخلی دستکاری می‌کنند.

ارتباط
PLC ها از پورت های داخلی مانند USB، Ethernet، RS-232، RS-485 یا RS-422 برای برقراری ارتباط با دستگاه های خارجی (حسگرها، محرک ها) و سیستم ها (نرم افزار برنامه نویسی، SCADA، HMI) استفاده می کنند. ارتباطات از طریق پروتکل های مختلف شبکه صنعتی مانند Modbus یا EtherNet/IP انجام می شود. بسیاری از این پروتکل ها خاص فروشنده هستند.

PLC های مورد استفاده در سیستم های ورودی/خروجی بزرگتر ممکن است ارتباط نظیر به نظیر (P2P) بین پردازنده ها داشته باشند. این اجازه می دهد تا بخش های جداگانه ای از یک فرآیند پیچیده کنترل فردی داشته باشند در حالی که به زیرسیستم ها اجازه می دهد تا بر روی پیوند ارتباطی هماهنگ شوند. این پیوندهای ارتباطی اغلب برای دستگاه‌های HMI مانند صفحه‌کلید یا ایستگاه‌های کاری نوع PC نیز استفاده می‌شوند.

سابق

، برخی از تولید کنندگان ماژول های ارتباطی اختصاصی را به عنوان یک عملکرد افزودنی ارائه کردند که در آن پردازنده هیچ اتصال شبکه ای داخلی نداشت.

رابط کاربری
همچنین ببینید: رابط کاربری و فهرست موضوعات تعامل انسان و رایانه

پنل کنترل با رابط کاربری PLC برای تنظیم اکسید کننده حرارتی.
PLC ها ممکن است به منظور پیکربندی، گزارش هشدار یا کنترل روزمره نیاز به تعامل با افراد داشته باشند. برای این منظور از رابط انسان و ماشین (HMI) استفاده شده است. HMI ها به عنوان رابط انسان و ماشین (MMI) و رابط کاربر گرافیکی (GUI) نیز شناخته می شوند. یک سیستم ساده ممکن است از دکمه ها و چراغ ها برای تعامل با کاربر استفاده کند. نمایش متن و همچنین صفحه نمایش لمسی گرافیکی موجود است. سیستم‌های پیچیده‌تر از نرم‌افزار برنامه‌نویسی و نظارت بر روی رایانه نصب شده و PLC از طریق یک رابط ارتباطی متصل است، استفاده می‌کنند.

فرآیند یک چرخه اسکن
یک PLC در یک چرخه اسکن برنامه کار می کند، جایی که برنامه خود را به طور مکرر اجرا می کند. ساده ترین چرخه اسکن شامل 3 مرحله است:

خواندن ورودی ها،
اجرای برنامه،
خروجی ها را بنویسید.[29]
برنامه از ترتیب دستورالعمل ها پیروی می کند. معمولاً یک بازه زمانی ده‌ها میلی ثانیه طول می‌کشد تا پردازنده تمام دستورالعمل‌ها را ارزیابی کند و وضعیت همه خروجی‌ها را به‌روزرسانی کند.[30] اگر سیستم دارای ورودی/خروجی از راه دور باشد – به عنوان مثال، یک رک خارجی با ماژول‌های ورودی/خروجی – آنگاه عدم قطعیت بیشتری در زمان پاسخ‌دهی سیستم PLC ایجاد می‌کند.[29]

همانطور که PLC ها پیشرفته تر شدند، روش هایی برای تغییر توالی اجرای نردبانی توسعه یافتند و زیر روال ها پیاده سازی شدند.[31] این برنامه نویسی پیشرفته می تواند برای صرفه جویی در زمان اسکن برای فرآیندهای با سرعت بالا استفاده شود. برای مثال، بخش‌هایی از برنامه که فقط برای راه‌اندازی دستگاه استفاده می‌شوند را می‌توان از آن بخش‌هایی که برای کار با سرعت بالاتر لازم است جدا کرد. PLCهای جدیدتر اکنون [از زمان؟] این گزینه را دارند که برنامه منطقی را همزمان با اسکن IO اجرا کنند. این بدان معناست که IO در پس‌زمینه به‌روزرسانی می‌شود و منطق در حین اسکن منطقی مقادیر مورد نیاز را می‌خواند و می‌نویسد.[نیازمند منبع]

ماژول‌های ورودی/خروجی ویژه ممکن است در مواردی استفاده شوند که زمان اسکن PLC بیش از حد طولانی است که امکان عملکرد قابل پیش‌بینی را فراهم نمی‌کند. ماژول‌های زمان‌بندی دقیق، یا ماژول‌های شمارنده برای استفاده با رمزگذارهای شافت، در مواردی استفاده می‌شوند که زمان اسکن برای شمارش قابل اعتماد پالس‌ها یا تشخیص حس چرخش رمزگذار بسیار طولانی باشد. این امر حتی به یک PLC نسبتا کند اجازه می دهد تا همچنان مقادیر شمارش شده را برای کنترل یک ماشین تفسیر کند، زیرا تجمع پالس ها توسط یک ماژول اختصاصی انجام می شود که تحت تأثیر سرعت اجرای برنامه قرار نمی گیرد.[32]

امنیت
EA Parr در کتاب خود در سال 1998 اشاره کرد که اگرچه اکثر کنترلرهای قابل برنامه ریزی به کلیدهای فیزیکی و رمز عبور نیاز دارند، فقدان سیستم های کنترل دسترسی دقیق و کنترل نسخه، و همچنین زبان برنامه نویسی آسان برای درک این احتمال را ایجاد می کند که تغییرات غیرمجاز در برنامه ها ایجاد شود. اتفاق خواهد افتاد و مورد توجه قرار نمی گیرد.[33]

قبل از کشف کرم کامپیوتری استاکس نت در ژوئن 2010، امنیت PLC ها توجه چندانی نداشت. کنترل‌کننده‌های قابل برنامه‌ریزی مدرن معمولاً حاوی سیستم‌عامل‌های بلادرنگ هستند که می‌توانند به روشی مشابه سیستم‌عامل‌های دسکتاپ، مانند مایکروسافت ویندوز، در برابر سوء استفاده‌ها آسیب‌پذیر باشند. PLC ها همچنین می توانند با به دست آوردن کنترل کامپیوتری که با آن ارتباط برقرار می کنند مورد حمله قرار گیرند.[20] از سال 2011، این نگرانی‌ها به دلیل رایج‌تر شدن شبکه‌سازی در محیط PLC که شبکه‌های طبقه کارخانه و شبکه‌های اداری را که قبلاً مجزا بودند، افزایش داده است.[34]

در فوریه 2021، Rockwell Automation یک آسیب‌پذیری مهم را که خانواده کنترل‌کننده‌های Logix خود را تحت تأثیر قرار می‌دهد به طور عمومی افشا کرد. کلید رمزنگاری مخفی مورد استفاده برای تأیید ارتباط بین PLC و ایستگاه کاری را می توان از نرم افزار برنامه نویسی Studio 5000 Logix Designer استخراج کرد و برای تغییر از راه دور کد برنامه و پیکربندی کنترلر متصل استفاده کرد. این آسیب‌پذیری در مقیاس آسیب‌پذیری CVSS نمره شدت 10 از 10 را دریافت کرد. در زمان نگارش مقاله، کاهش آسیب‌پذیری محدود کردن دسترسی شبکه به دستگاه‌های آسیب‌دیده بود.[35][36]