فرمت فایل : word(قابل ویرایش)تعداد صفحات:14
مقدمه
هدف از این پروژه طراحی و ساخت PLC ساده ای توسط میکروکنترلر ۸۰C196 است پس جا دارد آشنایی کلی با PLC پیدا کنیم.
PLC از عبارت Programmable Logic Controller گرفته شده است و همانطور که از این عبارت استنباط می شود، کنترل کننده نرم افزاری است که ورودی های آن اطلاعات را به صورت دیجیتال یا آنالوگ دریافت می کند و پس از پردازش فرمانهای مورد نظر به محرکها ارسال می شود. البته در نظر داشته باشید آنچه که وارد بخش پردازش مرکزی می شود اطلاعات دیجیتال است، یعنی اگر ورودی ها آنالوگ باشند با گذر از A/D، معادل دیجیتال آنها وارد واحد پردازش مرکزی می شود. در یک سیستم PLC ورودی ها و خروجی ها هیچ ارتباط فیزیکی با هم ندارند. به بیان ساده‌تر PLC نقش یک واسطه را بازی می کند. بخشهای مختلف PLC شامل منبع تغذیه، واحد پردازش مرکزی، واحد ورودی، واحد خروجی و واحد برنامه ریز (PG) می‌باشد.
سادگی ایجاد تغییرات و توانایی گسترده یک سیستم اتوماسیون صنعتی که در آن PLC به عنوان کنترل کننده مرکزی به کار گرفته شده است به طراحان ماشین این امکان را می دهد آنچه را در ذهن دارند در اسرع وقت بیازمانید و به ارتقای کیفیت محصول تولیدی خود بپردازند. کاری که در سیستم های قدیمی معادل صرف هزینه و بخصوص زمان بود؛ بطوریکه باعث می شد هیچگاه ایده های نو به مرحله عمل در نیاید، به راحتی در این نوع سیستم قابل اجراست. در بخشهای بعدی ضمن نگاهی به تاریخچه PLC، به مقایسه PLC با سایر سیستم های کنترل و انواع آن و بررسی عملکرد اجزاء PLC می پردازیم.
۱-۱) تاریخچه PLC
نخستین گامها برای ساخت و استفاده از PLC در اواخر دهه ۱۹۶۰ و اوایل دهه ۱۹۷۰ میلادی برداشته شد. شرکت Bedford Association که بعد به نام Modicon تغییر نام داد و همزمان با آن شرکت Allen-Bradly که در سال ۱۹۶۹ اولین PLC را عرضه کردند را می توان پیشگامان ارایه PLC دانست.
اولین نمونه های PLC به ورودی خروجی های دیجیتال و دستورات منطقی ساده اکتفا کرده‌بودند. بتدریج نمونه‌های کاملتری عرضه‌شدند که تعداد ورودی خروجیهای بیشتری دارا بودند. قابلیت ورودی و خروجی آنالوگ داشتند و از دستورات پیچیده‌تری بهره می بردند. قوم های بعدی امکان تشکیل شبکه ای از PLCهای کوچک برای کنترل پروسه های بزرگ و به کارگیری کارت های کنترل کننده PID، Communication و… را فراهم ساخت.
۱-۲) قابلیتها و امکانات مورد نیاز PLC
از آنجا که PLC ها اصولاً برای سیستم های صنعتی طراحی شده اند و باید توان جایگزینی سیستم های قدیمی را دارا باشند، باید امکانات و قابلیت هایی که در مورد PLC در نظر گرفته شود. در این بخش به این موارد اشاره کرده و در جای خود به توضیحات بیشتر می پردازیم.
۱-۲-۱) ایمنی نسبت به نویز
محیط صنعتی بدلیل وجود دستگاههای مختلف که با ولتاژها و جریانهای بالا کار می کنند و بر محیط اطراف خود تاثیرات الکترومغناطیسی گسترده ای می گذارند، محیطی آلوده به نویز است. بدیهی است برای آنکه PLC قادر به کارکردن در این محیط باشد نیاز به ایمن سازی نسبت به این نویزها دارد.
۱-۲-۲) ساختار قابل گسترش
چنانچه اشاره شد PLC یک سیستم عمومی است که انتظار می رود از عهده کنترل سیستم های مختلف بر آید. ساختار قابل گسترش این امکان را فراهم می آورد که کم و زیاد کردن واحدهای ورودی وخروجی با قابلیت های گوناگون و ایجاد تغییرات و انعطاف در برابر سیستم های مختلف بسادگی امکان پذیر باشد.
در PLCهای جدید می توان به راحتی و با هزینه مناسب نسبت به کار خواسته شده واحدهای مختلف از قبیل Analog I/O و… را به سیستم اضافه کرد.
۱-۲-۳) سطوح سیگنال و اتصالات ورودی- خروجی استاندارد
ساختمان مدولار PLC و امکان گسارش و اضافه کردن مدولهای مختلف نیاز به یک استاندارد برای سطح ولتاژ و اتصالات را می طلبد تا واحدهای مختلف بهنگام اتصال به یکدیگر مشکلی بوجود نیاورده و با هم سازگار باشند.
۱-۲-۴) ایزولاسیون
از آنجا که سیگنالهای ورودی و دستگاههای خروجی از ولتاژ و جریانهای به مراتب بالاتر از جریان و ولتاژ مدارهای دیجیتال برخوردارند. برای آنکه این ولتاژها و جریانها روی قسمت های دیجیتال مدار تاثیر نداشته باشند و باعث آسیب دیدن سیستم نشوند، باید به نوعی جداسازی این دو بخش انجام شود. این عمل معمولاً توسط اپتوکوپلر و رله های در ورودی خروجی ها انجام می گیرد. بدین ترتیب ارتباط الکتریکی ورودی خروجی از مدار دیجیتال قطع شده و ایزولاسیون مناسبی صورت خواهد گرفت.
۱-۲-۵) سهولت برنامه ریزی و تغییر برنامه PLC در محیط صنعتی
یکی از مزایای سیستم صنعتی مناسب، سهولت برنامه ریزی و قابلیت انعطاف‌پذیری فوق العاده آن می باشد بطبع این امکان باید در PLC بعنوان سیستمی فراگیر در صنعت پیش بینی شده باشد. برای این منظور از کامپیوتر شخصی یا برنامه ریز مخصوص (PG) استفاده می شود.
۱-۲-۶) سهولت و سادگی زبان برنامه نویسی
یکی از اهداف طراحان PLC قابلیت برنامه ریزی PLC توسط افرادی غیر متخصص با معلوماتی در حد تکنسین ها است. برای تامین این هدف، زبانهای PLC بسیار ساده، قابل فهم و منطبق با نیازهای صنعتی و مدارات فرمان در نظر گرفته شده‌اند که در مدت بسیار کوتاهی قابل یادگیری می باشند.
۳- بخش سخت افزار
بخش سخت افزار پروژه را می توان به پنج قسمت تقسیم کرد:
۱- برد اصلی
۲- برد digital input
3- برد digital output
4- back plain
5- برد Power
1-3) برد اصلی
۱-۱-۳) بخش اصلی برد مرکزی میکروکنترلر ۸۰۱۹۶ می باشد. این میکرو بدلیل توانایی های زیاد و نیز سرعت بالا در پردازش اطلاعات به عنوان میکروکنترلر مرکزی انتخاب شده است.
۸۰C196 یک میکروکنترلر ۱۶ بیتی از خانواده MCS-96 است که عملیات داخلی آن با تکنولوژی CHMOS انجام می گیرد. حال نگاهی کلی به توانایی های میکروکنترلر ۸۰C196 می اندازیم:
* توانایی کار در دمای محیط ۴۰- تا ۱۲۵ درجه سانتیگراد
* ۲۳۲ بایت RAM داخلی در نوع KB و ۴۸۸ بایت در نوع KC
* 8 کیلو بایت ROM داخلی در ۸۳C196KB
* 16 کیلوبایت ROM داخلی در ۸۳C196KC و ۸۷C196KC
* انجام عملیات داخلی با تکنولوژی CHMOS با راندمان بالا و تلفات توان ناچیز
* عملیات داخلی با ساختار رجیستر به رجیستر
* مبدل A/D همراه با Sample & Hold
در نوع KB: بیتی ۱۰
در نوع KC: تبدیل به دو صورت ۱۰ بیتی و ۸ بیتی با امکان تعیین سرعت تبدیل
* پنج پورت ۸ بیتی به عنوان I/O
* 28 مرجع وقفه
* قابلیت PTS فقط در نوع KC
* خروجیهای PWM:
در نوع KB: یک خروجی PWM
در نوع KC: سه خروجی PWM
* حالت های Power Down و Idle برای کاهش توان مصرفی میکروکنترلر
* پایه های ورودی و خروجی با سرعت بالا (HSO, HIS)
* قابلیت تغییر پهنای Bus بین ۸ و ۱۶بیت به صورت دینامیک
* پورت سریال Foll Duplex
* مولد اختصاصی Baud Rate برای پورت سریال (دقت بالا)
* ضرب دو عدد ۱۶ بیتی در مدت زمان:
در نوع KB: 725/1 میکروثانیه (با کریستال ۱۶ MHZ)
در نوع KC: 4/1 میکروثانیه (با کریستال ۲۰ MHZ)
* تقسیم یک عدد ۳۲ بیتی به یک عدد ۱۶ بیتی در مدت زمان:
در نوع KB: 3 میکرو ثانیه (با کریستال ۱۶ MHZ)
در نوع KC: 4/2 میکروثانیه (با کریستال ۲۰ MHZ)
* تایمر ۱۶ بیتی به عنوان TIMER 1
* شمارنده صعودی/ نزولی ۱۶ بیتی با قابلیت Capture
* 4 تایمر نرم افزاری ۱۶ بیتی
* پروتکل اشتراک باس HOLD/HOLDA
* توانایی کار با کریستالهای ۳٫۵ Mhz تا ۱۶ Mhz
این میکروکنترلر در سه نوع بسته بندی زیر ساخته شده است:
PLCC با ۶۸ پایه
QFP با ۸۰ پایه
SQFP با ۸۰ پایه
که در این پروژه از ساختار PLCC استفاده شده است.
۲-۱-۳) توضیحی در مورد نحوه اتصالات پایه های میکروز
همانطور که در شکل شماره ۱ نیز مشاهده می نمائید: پایه های شماره ۴،۵،۶و۷ که مربوط به پورت صفر میکرو هستند به عنوان ورودی A/D انتخاب شده اند.
پایه های ۲۴ و ۲۵ به ترتیب به عنوان پایه های HSI.0 و HSI.1 انتخاب شده است.
پایه های ۲۶-۲۷-۲۸-۲۹-۳۴ و ۳۵ به عنوان پایه های HSO انتخاب شده اند.
پایه های شماره ۸ و ۳۸ به ترتیب به عنوان RTS و CTS برای ارتباطات سریال انتخاب شده اند.
پایه های شماره ۱۰-۳۳و۲۰ به ترتیب به عنوان ورودی از E2PROM سریال، خروجی به E2PROM سریال و CIK به E2PROM سریال انتخاب شده اند.
پایه های شماره ۲۲،۲۳ و ۳۹ به عنوان خروجی PWM انتخاب شده اند.
پایه های ۱۱و۲۱و۳۰و۳۱ به ترتیب به عنوان IREQ، IORESET، IORW و STB انتخاب شده اند.
پایه شماره ۶۲ که ALE می باشد جهت Enable کردن Latchهای آدرس متصل به میکرو انتخاب شده است.
پایه شماره ۶۴ که Bus Width است جهت انتخاب باس ۸ تایی زمین شده است.
پایه های شماره ۴۵ تا ۶۰ که مربوط به پورت ۳و۴ هستند جهت باس انتخاب شده‌اند.
در مدار از کریستال ۱۶ Mhz استفاده شده است.
۳-۱-۳) بخش حفاظت و ولتاژ مرجع A/D میکرو
بنا به نظر شرکت سازنده میکرو برای محافظت قسمت A/D میکروکنترلر باید مداری مانند مشکل شماره ۲ بسته شود این مدار باعث می شود ولتاژ ورودی A/D کنتر از ANGND و بیشتر از UREF نگردد.
برای ولتاژ مرجع A/D از LM336 استفاده شده است که خروجی مدار ولتاژ مرجع ۵ ولت می باشد.
طراحی و ساخت PLC ساده ای توسط میکروکنترلر 80C196