به وسیله­ اجرای دستورالعمل­های منطقی ساده که اغلب به شکل دیاگرام نردبانی هستند صورت می­گیرد و در واقع اجزای یک دیاگرام نردبانی یا یک برنامه نویسی ساده می ­تواند جایگزین تعداد زیادی از سیم‏کشی‏های خارجی مورد نیاز برای کنترل یک فرایند شود. PLC ها دارای یک سری توابع درونی از قبیل تایمرها، شمارنده­ها و شیفت رجیسترها می­باشند که امکان کنترل مناسب را حتی با بهره گرفتن از کوچکترین PLC نیز فراهم می­آورند.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

یک PLC با خواندن سیگنال­های ورودی کار خود را شروع کرده و سپس دستورالعمل­های منطقی را که از قبل برنامه ریزی شده و در حافظه آن قرار دارد، بر روی این سیگنال­های ورودی اعم از دیجیتال و آنالوگ اعمال می­ کند و در نهایت سیگنال خروجی مورد نظر را برای راه ­اندازی تجهیزات فرایند تولید می­نماید. تجهیزات استانداردی در درون PLC تعبیه شده که به آنها اجازه می­دهد مستقیما و بدون نیاز به واسطه­های مداری یا رله­ای، به المان­های خروجی یا محرک و مبدل­های ورودی متصل شوند، بنابراین تغییر در سیستم کنترل بدون نیاز به تغییر محل اتصالات سیم­ها ممکن شده و برای هر گونه تغییر کافی است که برنامه کنترلی که بر روی حافظه ی PLC ذخیره شده تغییر یابد [۱].

• • 1. 1. ارتقاء و اعمال روش های کنترلی پیشرفته روی PLC ها

PLC یک رایانه کنترل فرایند است که به علت مزایای فراوان ازجمله سرعت عملکرد مناسب، پردازش نسبتا سریع، عیب‏یابی ساده، مدت زمان کاری طولانی، داشتن استانداردهای صنعتی شناخته شده، قابلیت اعتماد بالا در برابر نویز و شرایط نامناسب محیطی و … کاربرد گسترده­ای در صنعت دارد، با این وجود قابلیت اعمال روش‏های کنترلی پیشرفته و یا حتی کنترل­ کننده­ های پیوسته­ی ساده با بسیاری از PLC ها چندان میسر نمی ­باشد [۲]. امروزه روش­های مدلسازی و کنترلی پیشرفته جدیدی مطرح شده‏اند که به علت کمبود حافظه و قدرت پردازشی پایین اغلب PLC ها، پیاده­سازی این روش­های کنترلی پیشرفته روی PLC ها با محدودیت­هایی روبه‏رو شده است. بنابراین ایجاد روش­هایی که بتواند قابلیت ­های PLC را جهت دستیابی به کنترل دقیق­تر بهبود بخشد، مورد توجه قرار گرفته‏اند.
روش­های مختلفی برای ارتقاء قابلیت PLC ها وجود دارد. یک روش ساده و در عین حال پرهزینه برای ارتقاء قابلیت PLC های قدیمی جایگزین کردن آن­ها با PLC های جدیدتر با قدرت پردازشی بالاتر است و یا اگر PLC ماژولار باشد با افزودن ماژول­ها و کارت­های پیشرفته می‎‏توان قابلیت آن را افزایش داد. روش دیگری که می‏تواند قابلیت PLC ها را بالا ببرد ارتباط آن با کامپیوتر جانبی همرا با نرم‏افزارهای قدرتمند و پیشرفته­ای همچون Labview و Matlab می­باشد. این نرم‏افزار­ها از آنجا که در محیط­های آکادمیک مورد استفاده قرار می­گیرند برنامه­نویسی­های پیشرفته­ی مختلفی با بهره گرفتن از آن­ها قابل اجرا است. البته یک بستر ارتباطی برای ارتباط بین PLC و این نرم افزارها لازم است. این ارتباط ازطریق OPC [3، ۴] امکان­ پذیر است.
از طرف دیگر در سال­های اخیر روش­های کنترلی پیشرفته­ای مطرح شدند. کنترل مدل پیش بین (که در آن از مدل سیستم برای کمینه کردن یک تابع هزینه به منظور محاسبه سیگنال کنترل بهینه استفاده می­ شود) یکی از روش­های قدرتمند کنترل پیشرفته است که به عنوان یک کنترل­ کننده­ قابل اطمینان در صنایع نیز مورد توجه بسیار قرار گرفته است، بنابراین پیاده­سازی این الگوریتم و سایر الگوریتم­های کنترلی پیشرفته به روش­های مختلف روی PLC ها و جایگزینی این روش­ها با روش­های کنترل سنتی مرسوم همچون PID^[3]، به موضوعی جالب و قابل توجه تبدیل شده است.

• • 1. 1. هدف تحقیق

امروزه در کشورهای مختلف، رقابت شدیدی برای ارائه­ راهکارهایی برای کنترل بهتر فرآیندهای صنعتی وجود دارد و از آنجا که تجهیزات موجود در صنایع شامل سیستم­های مبتنی بر PLC هستند نیاز به روش­هایی جدید برای افزایش بازده و کارایی آن­ها بیشتر می شود و روش­هایی که بتوانند بدون صرف هزینه­ قابل توجهی قابلیت PLC ها را افزایش دهند و آن‏ها را توانمند سازد، مورد توجه قرار می­گیرند. استفاد از روش­های مدل­سازی جدید و اعمال روش­های کنترل پیشرفته روی این کنترل­ کننده­ها ما را به این اهداف نزدیک می­سازد.
با توجه به اهمیت این موضوع در این پایان‏ نامه هدف پیاده­سازی ابتکاری و صنعتی شده روش کنترل مدل پیش بین مبتنی بر PLC، بر روی فرایند نیمه صنعتی چندمتغیره موجود در آزمایشگاه PLC دانشگاه شیراز می­باشد. در گام اول، پیاده­سازی روش کنترل مدل پیش‏بین برای دو فرایند تک متغیره دما و سطح مورد بحث قرار می­گیرد. از آن جا که بسیاری از فرآیندهای موجود در صنایع چند متغیره هستند، در گام دوم، در ابتدا فرایند یک فرایند چند متغیره با تکمیل تجهیزات، طراحی و پس از آن پیاده­سازی روش کنترل مدل پیش‏بین چند متغیره تحقیق می­ شود و پارامترهای این روش کنترل پیشرفته برای دسته وسیعی از فرآیندهای صنعتی محاسبه می­ شود. برای نیل به این هدف لازم است الگوریتم­های معمول کنترل مدل پیش بین (MPC^[4]) ساده­سازی شود تا امکان پیاده­سازی روی PLC های نسبتا معمولی فراهم شود. در نهایت نتایج اعمال روش کنترل مدل پیش بین به منظور نشان دادن برتری آن، با کنترل­ کننده سنتی و مرسوم PID مقایسه می­ شود.

• • 1. 1. ساختار پایان‏ نامه

پس از شرح مسئله و بیان اهداف پایان نامه در فصل اول، در فصل دوم کنترل­ کننده برنامه­پذیر (PLC) و روش­های مختلف ارتقاء قابلیت کنترلی این کنترل­ کننده­ها ذکر می­ شود. در فصل سوم مروری بر فعالیت و کارهای انجام شده قبلی خواهیم داشت. در فصل چهارم روش کنترل مدل پیش بین تعمیم­یافته و فرم صنعتی آن برای فرآیندهای تک متغیره معرفی می­ شود. در فصل پنجم روش کنترل مدل پیش بین تعمیم­یافته برای فرآیندهای چند متغیره (MIMO^[5]) تحقیق می­ شود. پس از آن به علت حجم محاسبات بالا روش کنترل مدل پیش بین تعمیم­یافته صنعتی (IGPC^[6]) برای فرآیندهای MIMO پیشنهاد می­ شود. در فصل ششم روند طراحی فرایند دو متغیره تشریح و سخت‏افزار فرایند مورد بررسی، به تفصیل معرفی می‏شود. پس از آن در فصل هفتم چگونگی پیاده­سازی روش­های ذکر شده فوق بر روی فرایند زمان واقعی موجود در آزمایشگاه ذکر می­ شود و نتایج به دست آمده با روش کنترل سنتی و مرسوم PID مقایسه و برتری روش کنترل مدل پیش‏بین نشان داده می­ شود. در نهایت در فصل هشتم نتیجه ­گیری و پیشنهادات برای فعالیت­های آتی ذکر می­گردد.
فصل دوم

1. 1. کنترل‏کننده‏ی قابل برنامه‏ ریزی (PLC)

      1. 1. تاریخچه PLC

خط سیر و هدف همه صنایع به سمت افزایش تولید بیشتر می­باشد و این خط سیر از میان خودکارسازی فرآیندها و ماشین­آلات می­گذرد. خودکارسازی ممکن است به دلیل افزایش کمیت محصول و یا بهبود در کیفیت و دقت آن صورت گیرد، اما به هر شکل این روند همواره با جایگزینی برخی یا همه اعمال و وروردی­های انسانی مورد نیاز جهت انجام و کنترل عملکردهای ویژه، همراه می­باشد.
بسیاری از کارخانه­ها و کارگاه­ها، به جای اینکه کارگران را عملا و به طور فیزیکی با انجام وظایف درگیر کنند، از آن­ها جهت کنترل ماشین­ها وتجهیزات استفاده می‏ نمایند. این نوع از کنترل نیازمند کارگری است که نحوه­ عمل یک فرایند خاص را بداند. اما به منظور تحقق خودکارسازی یک فرایند اپراتورها و کارگران باید توسط شکلی از سیستم­های خودکار جایگزین گردند. سیستم­های خودکار قادرند فرایند را بدون مداخله انسان یا با دخالت اندک آن کنترل کنند. این امر نیازمند سیستمی است که قادر باشد یک فرایند را راه ­اندازی و آن را متوقف کند. همچنین متغیرهای یک سیستم کنترل را در حین انجام عمل فرایند به طور مداوم اندازه ­گیری کرده و در حد مطلوب تنظیم نماید تا بتواند خروجی دلخواه را پدید آورد. سیستمی که همه توانایی­های فوق الذکر را داشته باشد، یک سیستم کنترل نامند [۱].
به طور کلی سیستم­های کنترلی موجود را می توان در چهار دسته زیر قرار داد:

1. 1. سیستم­های رله­ای که از قدیمی­ترین سیستم کنترلی هستند و در آن­ها کلیه عملیات کنترلی با بهره گرفتن از رله­ها انجام می­پذیرد.

1. 1. سیستم­های کنترلی مبتنی بر مدارهای منطقی که در آن­ها از دروازه­های منطقی و تراشه­های کوچک برای پیاده­سازی عملیات منطقی استفاده می­ شود.

1. 1. کنترل با کامپیوتر شخصی یا کامپیوترهای صنعتی (DCS^[7])

1. کنترل مبتنی بر PLC [5]