โปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์

ความหมายของ PC/PLC
PC(Programmable Controller)หรือ PLC(Programmable Logic Controller) เป็นอุปกรณ์ควบคุมการทำงานของเครื่องจักร หรือระบบกระบวนการต่างๆ โดยที่ภายในมีไมโครโปรเซสเซอร์เป็นมันสมองสั่งการ

การควบคุมการทำงานสามารถทำได้โดยการป้อนเป็นโปรแกรมคำสั่งเข้าไปในPC/PLC ใน PC/PLC จะมีอุปกรณ์ต่างๆให้ใช้เช่น รีเลย์ ตัวตั้งเวลา ตัวนับ ฯลฯ ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้อยู่ในรูปแบบของซอฟท์แวร์ ไม่มีตัวตนในรูปของวัตถุ แต่จะอยู่ในรูปแบบของฟังก์ชั่นการทำงานที่ตรงกับของจริง

เหตุผลที่มีการนิยมนำ PC/PLC มาใช้ในงานอุตสาหกรรม
เนื่องจากมาจากข้อดีของ PC/PLC เมื่อเทียบกับการใช่รีเลย์แบบเก่า คือขนาดของระบบเล็กลง ใช้โปรแกรมแทนการเดินสาย เปลี่ยนแปลงลักษณะการควบคุมและขยายระบบได้ง่าย ลดเวลาในการออกแบบและการติดตั้ง มรเสถียรภาพดีกว่าการควบคุมด้วยรีเลย์ มีหน่วยอินพุต/เอาท์พุตหลายแบบและสามารถติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอกได้

โครงสร้างและส่วนประกอบของPC/PLC

PC/PLC มีส่วนประกอบที่สำคัญ 2 ส่วนคือ ส่วนที่เป็นฮาร์ดแวร์ และส่วนที่เป็นซอฟท์แวร์

ส่วนที่เป็นฮาร์ดแวร์แสดงดังรูป

และส่วนที่เป็นซอฟท์แวร์

ฮาร์ดแวร์ของPC/PLC


โครงสร้างส่วนที่เป็นฮาร์ดแวร์ของ PC/PLC แบ่ง ออกเป็น 4 ส่วนด้วยกันคือ
1. หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit)
หน่วยประมวลผลกลางคือส่วนที่ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของ PC/PLC โดยทั่วไปแล้วจะใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ ชนิด 8 บิทเป็นตัวประมวลผล ปกติหน้าที่ของ CPU คือรับข้อมูลอินพุตเข้ามาประมวลผลตามคำสั่งแลัวส่งผลที่ได้ออกไปยังเอาท์พุต จากนั้นก็จะวนกลับไปรับข้อมูลจากอินพุตเข้ามาอีกแล้วทำซ้ำๆ เช่นนี้ไปเรื่อยๆ ซึ่งเรียกว่าการ สแกน (Scan)


2. หน่วยความจำ (Memory Unit)
หน่วยความจำ เป็นองค์ประกอบหนึ่งที่สำคัญเพราะใช้เป็นที่เก็บโปรแกรมและข้อมูลหน่วยความจำภายใน PC/PLCแบ่งออกเป็น 2 ส่วนสำคัญ
2.1 หน่วยความจำของระบบ
2.2 หน่วยความจำของผู้ใช้

โปรแกรมการบริหารระบบ
ไม่อนุญาตให้ผู้ใช้เปลี่ยนแปลง เป็นโปรแกรมที่ใช้ในการควบคุมการทำงานของระบบ
ตารางข้อมูล
มีหน้าที่ในการเก็บข้อมูลแบ่งออกเป็น 4 ส่วนคือ ตารางอินพุต เอ้าท์พุต รีเลย์ภายใน และรีจิสเตอร์
ท โปรแกรมผู้ใช้
เป็นคำสั่งหรือโปรแกรมที่ผู้ใช้เขียนขึ้น เพื่อควบคุมเครื่องจักรหรือกระบวนการให้ทำงานตามต้องการ


หน่วยความจำชนิดต่างๆ
ROM (Read Only Memory )
ROM เป็นหน่วยความจำที่ไม่อนุญาตให้ผู้ใช้เปลี่ยนแปลงหรือแก้ไขได้ แต่สามารถรักษาข้อมูลไว้ได้ขณะไม่มีกระแสไฟฟ้า

RAM( Random Access Memory)
RAMเป็นหน่วยความจำที่ผู้ใช้สามารถเปลี่ยนแปลงข้อมูลได้แต่จะต้องมีแหล่งจ่ายไฟสำรองต่อไว้เพื่อป้องกันไม่ให้ข้อมูลสูญหายเมื่อเกิดไฟฟ้าดับ

EPROM (Erasable Progrommable Read Only Memory)
EPROM เป็นหน่วยความจำที่สามารถเขียนและลบข้อมูลได้ และข้อมูลจะไม่สูญหายเมื่อไฟดับ

EEPROM (Electrically Erasable Progrommable Read Only Memory)
EEPROM มีลักษณะคล้ายกับ EPROM เป็นหน่วยความจำที่สามารถเขียนและลบข้อมูลได้ แต่ตอนแก้ไขข้อมูลผู้ใช้สามารถแก้ไขเฉพาะตำแหน่งที่ต้องการได้ และข้อมูลจะไม่สูญหายเมื่อไฟดับ

หน่วยอินพุต/เอาท์พุต
หน่วยอินพุต
ทำหน้าที่เชื่อมต่อระหว่าง CPU กับอุปกรณ์ภายนอกโดยรับค่าสภาวะหรือปริมาณทางฟิสิกส์ เคมีและกายภาพต่างๆ จากการตรวจวัดที่เป็นสัญญาณทางไฟฟ้าแล้วส่งต่างๆไป CPU

หน่วยเอาท์พุต
ทำหน้าที่รับสัญญาณจาก CPU แล้วขยายไปขับอุปกรณ์ภายนอกเช่น รีเลย์ คอนแทคเตอร์ หลอดไฟ ฯลฯ
นอกจากนี้แล้วหน่วยอินพุต/เอาท์พุต ยังทำหน้าที่แยกสัญญาณภายในและภายนอกออกจากกันเพื่อป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้น


หน่วยอินพุต/เอาท์พุตแบบลอจิก

หน่วยอินพุตแบบลอจิก
เนื่องจากระดับแรงดันไฟฟ้ามีหลายระดับ การเลือกใช้หน่วยอินพุตแบบสภาวะลอจิกจึงต้องเลือกใช้ให้ถูกต้อง อินพุตชนิดนี้แบ่งได้เป็น 2 ประเภทคือแบบไฟฟ้ากระแสตรงและแบบไฟฟ้ากระแสสลับ
หน้าที่หลักของหน่วยอินพุตชนิดนี้ประกอบด้วยส่วนสำคัญแสดงดังรูป

 

หน่วยอินพุตที่ใช้กับไฟกระแสตรง(DC Input Unit)

หน่วยอินพุตแบบนี้จะใช้กับแรงดันและกระแสค่อนข้างต่ำ จึงสามารถใช้ต่อกับหน้าสัมผัสขนาดเล็กแบบต่างๆ รวมถึงเซนเซอร์ที่เอาท์พุตเป็นทรานซิสเตอร์ แบบ NPN หรือ PNP

แสดงโครงสร้างภายในและการต่อใช้งาน

หน่วยอินพุตที่ใช้กับไฟกระแสสลับ(AC Input Unit)

แสดงโครงสร้างภายในและการต่อใช้งาน

หน่วยเอาท์พุตแบบลอจิก

หน้าที่หลักของหน่วยเอาท์พุตแบบนี้ประกอบด้วยส่วนสำคัญแสดงดังรูป

ส่วนประกอบและหน้าที่หลักของอุปกรณ์ภายนอก

หน่วยเอาท์พุตใช้กับไฟกระแสตรง

แสดงโครงสร้างภายในและการต่อใช้งาน

หน่วยเอาท์พุตใช้กับไฟกระแสสลับ


แสดงโครงสร้างภายในและการต่อใช้งาน

หน่วยเอาท์พุตที่สามารถใช้กับไฟตรงและไฟสลับ

แสดงโครงสร้างภายในและการต่อใช้งาน

หน่วยอินพุต/เอาท์พุตแบบอนาลอก

หน่วยอินพุต/เอาท์พุตแบบอนาลอก ทำหน้าที่รับสัญญาณจากอินพุตอุปรณ์ภายนอกที่ให้สัญญาณแบบอนาลอกแล้วเปลี่ยนเป็นสัญญาณดิจิตอลเพื่อส่งให้ CPU หลังจากที่ประมวลผลแล้วก็จะส่งผลโดยการเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลกลับเป็นสัญญาณ อนาลอกออกอุปกรณ์ภายนอก

หน่วยอินพุตแบบอนาลอก

หน่วยอินพุตแบบอนาลอกทำหน้าที่รับสัญญาณจากอุปกรณ์ภายนอกแล้วใช้วงจร ADC เปลี่ยนสัญญาณส่งให้ CPU

ตัวอย่าง ADC ขนาด 4 บิท

หน่วยอินพุตแบบอนาลอกขนาด 8 บิท ใช้กับแรงดันไฟ 10 โวลท์

แสดงตัวอย่างและโครงสร้างภายใน

 

แสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่าทางดิจิตอลและอนาลอก

หน่วยอินพุตแบบอนาลอกขนาด 8 บิท ใช้กับกระแส 4-20 mA

แสดงตัวอย่างและโครงสร้างภายใน


แสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่าทางดิจิตอลและอนาลอก

 

หน่วยเอาท์พุตแบบอนาลอก

หน่วยเอาท์พุตแบบอนาลอกขนาด 8 บิท ใช้กับแรงดัน 10 V

แสดงตัวอย่างและโครงสร้างภายใน

หน่วยเอาท์พุตแบบอนาลอกขนาด 8 บิท ใช้กับกระแส 4-20 mA


แสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่าอนาลอกและดิจิตอล


หน่วยอินพุต/เอาท์พุตแบบพิเศษ

นอกจากหน่วยอินพุต/เอาท์พุตแบบที่กล่าวมาแล้วในงานควบคุมบางอย่างอาจต้องการใช้หน่วยเชื่อมต่อพิเศษ เพื่อความสะดวกรวดเร็ว หรือเพราะหน่วยอินพุต/เอาท์พุตทั้งสองแบบที่ผ่านมาไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้ เช่น หน่วยอินพุตความเร็วสูง(Hi-Speed Conunter) หน่วยควบุคมแบบ PID หน่วยควบคุมตำแหน่ง Axis Positioning Module)

ตัวอย่างการนำหน่วยควบคุมตำแหน่งมาใช้ในการควบคุมเครื่องจักร

อุปกรณ์ติดต่อภายนอก (Peripheral Device)

เป็นอุปกรณ์ที่อำนวยความสะดวกในการพัฒนาโปรแกรมหน้าที่โดยทั่วไปของอุปกรณ์ชนิดนี้คือ
-ใช้ป้อนโปรแกรมเข้าไปในหน่วยความจำของระบบ
-ใช้ในการแก้ไขโปรแกรม
-ใช่สั่งงานและแสดงสภาวะของการควบคุม
-ใช่ในการพิมพ์โปรแกรม

การแบ่งขนาดของ PC /PLC

พิจารณาจากขนาดของหน่วย ความจำโปรแกรม (Program memory) และจำนวนของอินพุต และเอ้าท์พุต(Input/Output chanels)


ขนาดของ PLC จำนวน I/O สูงสุด หน่วยความจำโปรแกรม
ขนาดเล็ก (Small size) ไม่เกิน 128 / 128 4 Kbyte (2,000 Statements)
ขนาดกลาง (Medium size) ไม่เกิน 1024 / 1024 16 Kbyte (8,000 Statements)
ขนาดใหญ่ (Large size) ไม่เกิน 2048 / 2048 64 Kbyte (32,000 Statements)
ขนาดใหญ่มาก (Very large size) ประมาณ 8192 / 8192 256 Kbyte (128,000 Statements)


ตัวอย่างโปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ ขนาดเล็ก


SIMATIC S7-200 ของ SIEMENS

SIMATIC S5-95U ของ SIEMENS

โปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ ขนาดกลาง

SIMATIC S7-300 ของ SIEMENS

SIMATIC S5-115U ของ SIEMENS

โปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอร์ ขนาดใหญ่



SIMATIC S7-400 ของ SIEMENS


SIMATIC S5-155U ของ SIEMENS

นอกจากนั้นเรายังสามารถ ที่จะแบ่ง โปรแกรมเมเบิลลอจิกคอนโทรลเลอร์ ตามโครงสร้างออกเป็น 2 ลักษณะ คือ

1.แบบ Compact
จะเป็นโปรแกรมเมเบิลลอจิกคอนโทรลเลอร์ที่มีขนาดเล็ก กะทัดรัด มีหน่วยอินพุท/เอ้าพุท และหน่วยสำหรับติดต่อสื่อสารข้อมูล ประกอบรวมกันอยู่ภายในโครงสร้างเดียวกัน เช่นใช้ในการควบคุมเครื่องจักร เป็นต้น
2.แบบ Modular
จะเป็นโปรแกรมเมเบิลลอจิกคอนโทรลเลอร์ ที่มีลักษณะเป็นโมดูล เชื่อมต่อกันอยู่บน Rack สามารถจะทำการถอดและเสียบโมดูลที่ต้องการใช้งานได้

คัดมาจาก แมคคาทรอนิกส์ . พรจิต ประทุมสุวรรณ