مقاله بررسی طراحي و ساخت PLC توسط ميكروكنترلر 80C195

مقاله بررسي طراحي و ساخت PLC توسط ميكروكنترلر 80C195 در 11 صفحه ورد قابل ويرايش

طراحي و ساخت PLC ساده اي توسط ميكروكنترلر 80C196

مقدمه

هدف از اين پروژه طراحي و ساخت PLC ساده اي توسط ميكروكنترلر 80C196 است پس جا دارد آشنايي كلي با PLC پيدا كنيم.

PLC از عبارت Programmable Logic Controller گرفته شده است و همانطور كه از اين عبارت استنباط مي شود، كنترل كننده نرم افزاري است كه ورودي هاي آن اطلاعات را به صورت ديجيتال يا آنالوگ دريافت مي كند و پس از پردازش فرمانهاي مورد نظر به محركها ارسال مي شود. البته در نظر داشته باشيد آنچه كه وارد بخش پردازش مركزي مي شود اطلاعات ديجيتال است، يعني اگر ورودي ها آنالوگ باشند با گذر از A/D، معادل ديجيتال آنها وارد واحد پردازش مركزي مي شود. در يك سيستم PLC ورودي ها و خروجي ها هيچ ارتباط فيزيكي با هم ندارند. به بيان ساده‌تر PLC نقش يك واسطه را بازي مي كند. بخشهاي مختلف PLC شامل منبع تغذيه، واحد پردازش مركزي، واحد ورودي، واحد خروجي و واحد برنامه ريز (PG) مي‌باشد.

سادگي ايجاد تغييرات و توانايي گسترده يك سيستم اتوماسيون صنعتي كه در آن PLC به عنوان كنترل كننده مركزي به كار گرفته شده است به طراحان ماشين اين امكان را مي دهد آنچه را در ذهن دارند در اسرع وقت بيازمانيد و به ارتقاي كيفيت محصول توليدي خود بپردازند. كاري كه در سيستم هاي قديمي معادل صرف هزينه و بخصوص زمان بود؛ بطوريكه باعث مي شد هيچگاه ايده هاي نو به مرحله عمل در نيايد، به راحتي در اين نوع سيستم قابل اجراست. در بخشهاي بعدي ضمن نگاهي به تاريخچه PLC، به مقايسه PLC با ساير سيستم هاي كنترل و انواع آن و بررسي عملكرد اجزاء PLC مي پردازيم.
1-1) تاريخچه PLC

نخستين گامها براي ساخت و استفاده از PLC در اواخر دهه 1960 و اوايل دهه 1970 ميلادي برداشته شد. شركت Bedford Association كه بعد به نام Modicon تغيير نام داد و همزمان با آن شركت Allen-Bradly كه در سال 1969 اولين PLC را عرضه كردند را مي توان پيشگامان ارايه PLC دانست.

اولين نمونه هاي PLC به ورودي خروجي هاي ديجيتال و دستورات منطقي ساده اكتفا كرده‌بودند. بتدريج نمونه‌هاي كاملتري عرضه‌شدند كه تعداد ورودي خروجي‌هاي بيشتري دارا بودند. قابليت ورودي و خروجي آنالوگ داشتند و از دستورات پيچيده‌تري بهره مي بردند. قوم هاي بعدي امكان تشكيل شبكه اي از PLCهاي كوچك براي كنترل پروسه هاي بزرگ و به كارگيري كارت هاي كنترل كننده PID، Communication و… را فراهم ساخت.
1-2) قابليتها و امكانات مورد نياز PLC

از آنجا كه PLC ها اصولاً براي سيستم هاي صنعتي طراحي شده اند و بايد توان جايگزيني سيستم هاي قديمي را دارا باشند، بايد امكانات و قابليت هايي كه در مورد PLC در نظر گرفته شود. در اين بخش به اين موارد اشاره كرده و در جاي خود به توضيحات بيشتر مي پردازيم.
1-2-1) ايمني نسبت به نويز

محيط صنعتي بدليل وجود دستگاههاي مختلف كه با ولتاژها و جريانهاي بالا كار مي كنند و بر محيط اطراف خود تاثيرات الكترومغناطيسي گسترده اي مي گذارند، محيطي آلوده به نويز است. بديهي است براي آنكه PLC قادر به كاركردن در اين محيط باشد نياز به ايمن سازي نسبت به اين نويزها دارد.
1-2-2) ساختار قابل گسترش

چنانچه اشاره شد PLC يك سيستم عمومي است كه انتظار مي رود از عهده كنترل سيستم هاي مختلف بر آيد. ساختار قابل گسترش اين امكان را فراهم مي آورد كه كم و زياد كردن واحدهاي ورودي وخروجي با قابليت هاي گوناگون و ايجاد تغييرات و انعطاف در برابر سيستم هاي مختلف بسادگي امكان پذير باشد.

در PLCهاي جديد مي توان به راحتي و با هزينه مناسب نسبت به كار خواسته شده واحدهاي مختلف از قبيل Analog I/O و… را به سيستم اضافه كرد.
1-2-3) سطوح سيگنال و اتصالات ورودي- خروجي استاندارد

ساختمان مدولار PLC و امكان گسارش و اضافه كردن مدولهاي مختلف نياز به يك استاندارد براي سطح ولتاژ و اتصالات را مي طلبد تا واحدهاي مختلف بهنگام اتصال به يكديگر مشكلي بوجود نياورده و با هم سازگار باشند.
1-2-4) ايزولاسيون

از آنجا كه سيگنالهاي ورودي و دستگاههاي خروجي از ولتاژ و جريانهاي به مراتب بالاتر از جريان و ولتاژ مدارهاي ديجيتال برخوردارند. براي آنكه اين ولتاژها و جريانها روي قسمت هاي ديجيتال مدار تاثير نداشته باشند و باعث آسيب ديدن سيستم نشوند، بايد به نوعي جداسازي اين دو بخش انجام شود. اين عمل معمولاً توسط اپتوكوپلر و رله هاي در ورودي خروجي ها انجام مي گيرد. بدين ترتيب ارتباط الكتريكي ورودي خروجي از مدار ديجيتال قطع شده و ايزولاسيون مناسبي صورت خواهد گرفت.
1-2-5) سهولت برنامه ريزي و تغيير برنامه PLC در محيط صنعتي

يكي از مزاياي سيستم صنعتي مناسب، سهولت برنامه ريزي و قابليت انعطاف‌پذيري فوق العاده آن مي باشد بطبع اين امكان بايد در PLC بعنوان سيستمي فراگير در صنعت پيش بيني شده باشد. براي اين منظور از كامپيوتر شخصي يا برنامه ريز مخصوص (PG) استفاده مي شود.
-1-3) بخش حفاظت و ولتاژ مرجع A/D ميكرو

بنا به نظر شركت سازنده ميكرو براي محافظت قسمت A/D ميكروكنترلر بايد مداري مانند مشكل شماره 2 بسته شود اين مدار باعث مي شود ولتاژ ورودي A/D كنتر از ANGND و بيشتر از UREF نگردد.

براي ولتاژ مرجع A/D از LM336 استفاده شده است كه خروجي مدار ولتاژ مرجع 5 ولت مي باشد.
4-1-3) بخش RESET ميكرو

از IC، TL7705 جهت مدار ريست ميكرو استفاده شده است. كه اين IC هم بوسيله كليد دستي ريست را فعال مي كند و هم با كاهش ولتاژ از حد معيني باعث ريست شدن ميكرو مي گردد. با رسيدن ولتاژ ميكرو به 4.6v اين IC فعال مي گردد و منيكرو را ريست مي كند. از IC، 74HC14 جهت تيز كردن لبه هاي آن استفاده شده است.

ديود 1N4148, D8 جهت OR بكار مي رود در اين صورت علاوه بر ريست خارجي ريست نرم افزاري داخلي نيز مي تواند عمل كند.
5-1-3) بخش ويكور آدرس

اين بخش شامل دو Latch آدرس است كه مستقيماً به Adress باس ميكرو متصل شده است كه جهت Latch و نگهداري آدرس بكار مي رود كه بوسيله ALE ميكروكنترلر فعال مي گردند.

از PAL22v40 جهت decoder آدرس استفاده شده است كه براي انتخاب EPROM وRAM6264 وRTC48TO8 و Adress Out، DATAIN، DATAOUT، كه Output PAL هستند و ورودي خط هاي آدرس و RD و WR هستند. كه شماي آن در شكل زير است.
6-1-3) بخش RAMها و EPROM

اين بخش شامل دو RAM است كه هر كدام 8 كيلو ظرفيت دارند و يك EPROM كه 27C512 مي باشد كه 64K حافظه دارد ولي در اين پروژه از 48K آن استفاده مي‌شود. يكي از RAMها 48TO8 است كه كريستال و باتري backup داخلي دارد و هشت بيت انتهائي آن اطلاعات مربوط به تاريخ و زمان را شامل مي شود. 48K ابتدائي حافظه مربوط به EPROM است و 8K حافظه بين 48 تا 56 مربوط به 48TO8 است و 8K انتهائي RAM مربوط به 6264 است.
7-1-3) بخش Data Out/In

اين بخش شامل بافر دو طرفه 74HC245 است كه جهت آن توسط پايه شماره 19 ميكروكنترلر تعيين مي گردد. هنگام نوشتن اطلاعات در خروجي مقدار آن صفر و هنگام خواندن اطلاعات از خروجي مقدار آن 1 است. براي data out از 74HC574 استفاده شده است كه CIK آن از Pal مي آيد. براي data in از بافر 74HC541 استفاده شده است كه از سوي Pal فعال مي شود.