کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر

علم كنترل، علمی است كه در مورد چگونگی تحت اختیار در آوردن و هدایت رفتار‌های پروسة ها (فرآیند یا پدیده‌ای كه مایل به تحت اختیار در آوردن آن هستیم) صحبت می‌كند.

1-1- خودكارسازی (اتوماسیون)

یك سیستم كنترل كه بدون دخالت عامل انسانی و خود به خود قادر به تنظیم خروجی باشد را سیستم كنترل خودكار یا اتوماتیك می‌گوییم. خط سیر و هدف همة صنایع به سمت افزایش تولید بیشتر می‌باشد و این خط سیر از میان خودكارسازی یا اتوماسیون فرآیند‌ها و ماشین آلات می گذرد. خودكار‌سازی ممكن است به دلیل افزایش كمیت محصول و یا بهبودی در كیفیت و دقت آن صورت بگیرد. اما به هر شكل، این روند همواره با جایگزینی برخی یا همة اعمال و ورودی‌های انسانی مورد نیاز جهت انجام و كنترل عملكرد‌های ویژه، همراه می‌باشد. بسیاری از كارخانه‌ها و كارگا‌ه‌ها به جای اینکه كارگران را عملاً و به طور فیزیكی با انجام وظایف درگیر كنند. از آنها جهت كنترل ماشین‌ها و تجهیزات استفاده می نمایند. این نوع از كنترل نیازمند كارگری است كه نحوه عمل یك فرآیند بخصوص را می داند.

و نیز می داند كه چه ورودی‌هایی نیاز است تا خروجی در سطح دلخواه باقی بماند.

اما به منظور تحقق خودكارسازی یك فرآیند، اپراتور‌ها و كارگران باید توسط شكلی از سیستم‌های خودكار جایگزین گردند. سیستم‌های خودكار قادرند فرآیند را بدون مداخله انسان یا با دخالت اندك كنترل كنند. این امر نیازمند سیستمی است كه قادر باشد یك فرآیند را راه ‌اندازی كرده و آن را متوقف كند.

كنترل اتوماتیكهر سیستم کنترل را به سه بخش اصلی می توان تقسیم كرد: ورودی، بخش پردازشگر و خروجی.

وظیفه بلوك پردازشگر یا كنترل‌گر، تهیه خروجی به شكل و اندازه دلخواه‌ از سیگنال‌های متفاوت ورودی می‌باشد.

روش‌های مختلفی برای اجرای توابع كنترلی جهت به دست آوردن خروجی‌های مشابه از ورودی های یكسان موجود می‌باشد كه می توان از آن به عنوان بلوك كنترل استفاده كرد. همچنین در كنترل یك سیستم توسط یك اپراتور از نوع انسانی، اپراتور، هم‌ارز بلوك كنترل‌گر یا بخش پردازشگر است. زیرا این اپراتور است كه می داند چه خروجی دلخواهی مورد نیاز است، بنابراین بطور بصری یا بوسیلة وسایل اندازه‌گیری در حال اندازه‌گیری و قرائت مداوم متغیر‌های مربوطه، یعنی ورودی‌ها می‌باشد و بسته به اطلاعات بدست آمده، عكس العمل لازمه را نشان خواهد داد و مقادیر پیش داده بلوك كنترل را تغییر خواهد داد تا خروجی دلخواه حاصل شود.

ورودی‌ها

سیگنال‌های ورودی معمولاً توسط مبدل‌های (Transducer) مختلفی كه كیفیت‌های فیزیكی را به سیگنال‌های الكترونیكی تبدیل می‌كنند فراهم می‌شوند. این مبدل‌ها می‌توانند یك كلید فشاری ساده، ترموستات یا كشش سنج و غیره باشند همگی آنها اطلاعات مربوط به كمیت اندازه‌گیری شده را به بخش پردازشگر انتقال می دهند. بسته به نوع مبدل استفاده شده این اطلاعات می توانند به صورت دودویی (دیجیتال) یا پیوسته (آنالوگ) باشند كه به عنوان كمیت ورودی ارائه می‌شوند.

خروجی‌ها

چنانچه قرار باشد كه یك سیستم كنترل بر طریقة عملكرد یك فرآیند، دخالت و تسلط داشته باشد، بایستی قادر به تغییر عناصر كلیدی یا كمیت های مهم فرآیند باشد. این‌ كار با استفاده از المان‌های خروجی از قبیل پمپ‌ها، موتور‌ها، پیستون‌ها، رله‌ها و غیره تحقق می پذیرد. این المان‌ها، سیگنال‌های سیستم كنترل را به دیگر كمیت‌های مورد نیاز، تبدیل می‌كنند. به عنوان مثال، یك موتور، سیگنال‌های الكتریكی اخذ شده از سیستم كنترل را به حركت دورانی تبدیل می‌كند. به بیان دیگر المان‌های خروجی نیز به گونه‌ای، نوعی از مبدل‌ها می باشند. همانند مبدل‌های ورودی، المان‌های خروجی نیز می توانند واحد‌های ساده دودویی و یا متغیر‌های پیوسته در حوزه تغییری بین حالت كاملاً خاموش تا كاملاً روشن (آنالوگ) باشند

بخش پردازشگر یا بلوك كنترل

این بلوك مشابه با دانسته‌های اپراتور در مورد عملكرد سیستم است كه به این دانسته‌ها، جهت تحت كنترل باقی‌ماندن یك فرآیند نیاز می‌باشد. اپراتور از این آگاهی و نیز مهارت خود استفاده می‌كند و با تلفیق كردن آن با اطلاعات بدست آمده از اندازه‌گیری ورودی، خروجی مطلوب را تولید می‌كند. در سیستم‌های كنترل اتوماتیك، طرح استفاده شده به عنوان بلوك كنترل این وظیفه را به عهده دارد و با توجه به اطلاعات اخذ شده از سیگنال ورودی، خروجی مطلوب را تهیه می‌كند. این طرح كنترلی به دو روش متفاوت قابل اجرا است: با استفاده از سیستم‌های كنترل غیر قابل تغییر توسط اپراتور و نیز با استفاده از كنترل كننده‌های قابل برنامه‌ریزی. در سیستم‌های غیر قابل تغییر توسط اپراتور وقتی كه سیستم كنترل ساخته شد و عناصر آن به یكدیگر مرتبط شدند، دارای توابع و برنامة ثابتی خواهند شد كه دیگر به وسیلة اپراتور امكان تغییر در آن وجود ندارد. اما در یك سیستم قابل برنامه‌ریزی، توابع و وظایف كنترلی، برنامه‌ریزی شده و در یك واحد حافظه ذخیره می‌شوند و اگر ضرورتی پیش آمد، می‌توانند بوسیلة برنامه‌ریزی مجدد تغییر داده شوند.

جدول زیر نمونه‌هایی از سیستم های كنترل ثابت و قابل برنامه‌ریزی را همراه با نوع كنترلی كه توسط آن ها قابل اجرا است – دیجیتالی یا آنالوگ – به تصویر می كشد.

1-2- سیستم‌های دیجیتال و آنالوگ

تغییرات بیشتر كمیت‌های طبیعی مانند دما، سرعت، مكان و غیره پیوسته و تدریجی بوده و در حوزه‌ای محدود از مقادیر متفاوت مربوط به كمیت قرار دارد. این‌گونه كمیت ها را كمیت‌های آنالوگ یا پیوسته می نامند. بسیاری از سنسور‌ها (سنسور یك نوعی آشكار ساز است كه یك كمیت فیزیكی را به شكلی از سیگنال مثلاً صوتی، تصویری و … تبدیل میكند. بنابراین به نحوی می توان آن را یك مبدل هم خواند) سیگنال‌های آنالوگی را تولید می‌كنند كه یا دامنه و یا فركانس آن بسته به نوع سنسور و كمیت اندازه‌گیری شده، تغییر می‌كند. در سنسورها سیگنالها، دامنه تغییراتی در حدود V ۵-۰ دارند. برای سنسور‌های با فركانس خروجی متغیر،محدوده فركانس بستگی به شصتمین پریود (فركانس برق شهر Hz۶۰ فرض شده است) و بهسازی سیگنال دارد. از سوی دیگر وسایل زیادی نیز وجود دارند كه سیگنال‌های دیجیتالی را تولید كرده و یا به این نوع سیگنال‌ها پاسخ می‌دهند. در این نوع سیگنال‌ها فقط دو حالت ممكن وجود دارد و این حالت بطرق مختلفی نامگذاری می‌شود:

سیگنال‌های دو حالته را می توان با استفاده از سیستم اعداد دودویی نمایش داده به این ترتیب كه یك سطح به مقدار ۱ و سطح دیگر به مقدار نسبت داد. بنابراین در سیستم‌های دیجیتالی، سطح واقعی سـیگنال، بیشـتر برای نمایش منطقی بصورت ۱ یا اهمیت دارد تا برای اندازه‌ كمیت دقیق سیگنال.