เว็บไซต์ส่วนตัวนายอธิพันธ์: เกร็ดความรู้

รายงาน

เรื่อง PLC : Programmable Logic Controller

สมาชิกในกลุ่ม

นาย โกวิท จันเขียว 5457051097

นาย พิทักษ์ รักมณี 5457051115

นาย อธิพันธ์ สวนจันทร์ 5457051134

เสนอโดย

อาจารย์ ธภัทร ชัยชูโชค

PLC คืออะไร? Programmable Logic Controller เครื่องควบคุมเชิงตรรกที่สามารถโปรแกรมได้

          PLC : Programmable Logic Controller (มีต้นกำ เนิดจากประเทศสหรัฐอเมริกา) เป็นเครื่องควบคุมอัตโนมัติในโรงงานอุตสาหกรรม
ที่สามารถจะโปรแกรมได้ ถูกสร้างและพัฒนาขึ้นมาเพื่อทดแทนวงจรรีเลย์ อันเนื่องมาจากความต้องการที่อยากจะได้เครื่องควบ คุมที่มีราคาถูกสามารถใช้งานได้อย่างเอนกประสงค์ และสามารถเรียนรู้การใช้งานได้ง่าย
        ข้อแตกต่างระหว่าง PLC กับ COMPUTER1. PLC ถูกออกแบบ และสร้างขึ้นเพื่อให้ทนต่อสภาพแวดล้อมในโรงงานอุตสาหกรรมโดยเฉพาะ
2. การโปรแกรมและการใช้งาน PLC ทำได้ง่ายไม่ยุ่งยากเหมือนคอมพิวเตอร์ทั่วไป PLC มีระบบการตรวจสอบตัวเองตั้งแต่ช่วงติดตั้ง
    จนถึงช่วงการใช้งานทำให้การบำรุงรักษาทำได้ง่าย
3. PLCถูกพัฒนาให้มีความสามารถในการตัดสินใจสูงขึ้นเรื่อยๆทำให้การใช้งานสะดวกขณะที่วิธีใช้คอมพิวเตอร์ยุ่งยากและซับซ้อนขึ้นประวัติ PLC
ค.ศ.1969
            PLCได้ถูกพัฒนาขึ้นมาครั้งแรกโดย บริษัท Bedford Associates โดยใช้ชื่อว่า Modular Digital Controller(Modicon) ให้กับโรงงานผลิตรถยนต์ในอเมริกาชื่อ General Motors Hydramatic Division บริษัท Allen-Bradley ได้เสนอระบบควบคุมโดยใช้ชื่อว่า PLC
ค.ศ.1970-1979
            ได้มีการพัฒนาให ้PLC มีการประมวลผลที่เร็วมากขึ้นตามการเปลี่ยนแปลงของ Microprocessor ความสามารถในการสื่อสารข้อมูลระหว่าง PLC กับ PLC โดยระบบแรกคือ Modbus ของ Modicon เริ่มมีการใช้อินพุท/เอาท์พุทที่เป็นสัญญาณ Analog
ค.ศ.1980-1989
            มีความพยายามที่จะสร้างมาตรฐานในการสื่อสารข้อมูลของ PLC โดยบริษัท General Motor ได้สร้างโปรโตคอลที่เรียกว่า manufacturing automation protocal (MAP) ขนาดของ PLC ลดลงเรื่อย ๆผลิตซอฟแวร์ที่สามารถโปรแกรม PLC ด้วยภาษา symbolic โดยสามารถโปรแกรมผ่านทาง personal computer แทนที่จะโปรแกรมผ่านทาง handheld หรือ programing terminal
ค.ศ.1990-ปัจัจจุบัน
           ได้มีความพยายามในการที่จะทำให้ภาษาที่ใช้ในการโปรแกรม PLC มีมาตราฐานเดียวกันโดยใช้มาตรฐาน IEC1131-3 สามารถโปรแกรม PLC ได้ด้วย
                    - IL (Instruction List)
                    - LD (Ladder Diagrams)
                    - FBD (Function Block Diagrams)
                    - SFC (Sequential Function Chart)
                    - ST (Structured Text)
โครงสร้างโดยทั่วไปของ PLC
               ลักษณะโครงสร้างภายในของ PLC ซึ่งประกอบด้วย

1.ตัวประมวลผล(CPU) ทำหน้าที่คำนวณเเละควบคุม ซึ้งเปรียบเสมือนสมองของ PLC ภายในประกอบด้วยวงจรลอจิกหลายชนิดและมีไมโครโปรเซสเซอร์เบส (Micro Processor Based)ใช้แทนอุปกรณ์จำพวกรีเลย์ เคาน์เตอร์/ไทม์เมอร์ และซีเควนเซอร์ เพื่อให้ผู้ใช้สามารถออกแบบวงจรโดยใช้ Relay Ladder Diagram ได้ CPU จะยอมรับข้อมูลจากอุปกรณ์อินพุทต่างๆ จากนั้นจะทำการประมวลผลและเก็บข้อมูลโดยใช้โปรแกรมจากหน่วยความจำ หลังจากนั้นจะส่งส่งข้อมูลที่เหมาะสมและถูกต้องออกไปยังอุปกรณ์เอาท์พุท

2.หน่วยความจำ(Memory Unit)          ทำหน้าที่เก็บรักษาโปรแกรมและข้อมูลที่ใช้ในการทำงาน โดยขนาดของหน่วยความจำจะถูกแบ่งออกเป็นบิตข้อมูล(Data Bit) ภายในหน่วยความจำ 1 บิต ก็จะมีค่าสภาวะทางลอจิก 0 หรือ 1แตกต่างกันแล้วแต่คำสั่ง ซึ่ง PLC ประกอบด้วยหน่วยความจำสองชนิดคือ ROM และRAM
          RAM ทำหน้าที่เก็บโปรแกรมของผู้ใช้และข้อมูลที่ใช้ในการปฏิบัติงานของ PLC หน่วยความจำประเภทนี้จะมีแบตเตอรี่เล็กๆ ต่อไว้เพื่อใช้เป็นไฟเลี้ยงข้อมูลเมื่อเกิดไฟดับ การอ่านและการเขียนข้อมูลลงใน RAM ทำได้ง่ายมาก เพราะฉะนั้นจึ่งเหมากับงานในระยะทดลองเครื่องที่มีการเปลี่ยนแปลงแก้ไขโปรแกรมอยู่บ่อยๆ
          ROM ทำหน้าที่เก็บโปรแกรมสำหรับใช้ในการปฏิบัติงานของ PLC ตามโปรแกรมของผู้ใช้ หน่วยความจำแบบ ROM ยังสามารถแบ่งได้เป็น EPROM ซึ่งจะต้องใช้อุปกรณ์พิเศษในการเขียนและลบโปรแกรม เหมาะกับงานที่ไม่ต้องการเปลี่ยนแปลงโปรแกรม นอกจากนี้ยังมีแบบ EEPROM หน่วยความจำประเภทนี้ไม่ต้องใช้เครื่องมือพิเศษในการเขียนและลบโปรแกรม สามารถใช้งานได้เหมือนกับ RAM แต่ไม่ต้องใช้แบตเตอรี่สำรอง แต่ราคาจะแพงกว่าเนื่องจากรวมคุณสมบัติของ ROM และ RAM ไว้ด้วยกัน

3.หน่วยอินพุต-เอาต์พุต (Input-Output Unit) หน่วยอินพุต ทำหน้าที่รับสัญญาณจากอุปกรณ์ภายนอกแล้วแปลงสัญญาณให้เป็นสัญญาณที่เหมาะสมแล้วส่งให้หน่วยประมวลผลต่อไป

โครงสร้างโดยทั่วไปของ PLC

ลักษณะโครงสร้างภายในของ PLC ซึ่งประกอบด้วย

หน่วยเอาต์พุต ทำหน้าที่รับข้อมูลจากตัวประมวลผลแล้วส่งต่อข้อมูลไปควบคุมอุปกรณ์ภายนอกเช่น ควบคุมหลอดไฟ มอเตอร์ และวาล์ว เป็นต้น

4.แหล่งจ่ายไฟ (Power Supply) ทำหน้าที่จ่ายพลังงานและรักษาระดับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงให้กับ CPU Unit หน่วยความจำและหน่วยอินพุท/ เอาท์พุท

5.อุปกรณ์ต่อร่วม (Peripheral Devices)
          • PROGRAMMING CONSOLE
          • EPROM WRITER
          • PRINTER
          • GRAPHIC PROGRAMMING
          • CRT MONITOR
          • HANDHELD
          • etc

PLC ทำ งานอย่างไร?

ความรู้พื้นฐานด้านดิจิตอล (Number System)

ระบบเลขฐาน จัดเป็นระบบตัวเลขที่ใช้งานอยู่ใน PLC ดังนั้นผู้ใช้งานมีความจำเป็นต้องศึกษาระบบเลขฐานให้เข้าใจประกอบกับข้อมูลอื่นๆ เพื่อการใช้งานที่ถูกต้อง

                       ระบบเลขฐานสอง (Binary)
                       ระบบเลขฐานสิบ (Decimal)
                       ระบบเลขฐานสิบหก (Hexadecimal)

ความสัมพันธ์ของเลข BIN, BCD และ HEX สามารถกำหนดให้เป็นตารางได้ดังนี้

HEX	BCD	FOUR DIGIT BINARY
		2^3 = 8	2^2 = 4	2^1 = 2	2^0 = 1
0	0	0	0	0	0
1	1	0	0	0	1
2	2	0	0	1	0
3	3	0	0	1	1
4	4	0	1	0	0
5	5	0	1	0	1
6	6	0	1	1	0
7	7	0	1	1	1
8	8	1	0	0	0
9	9	1	0	0	1
A	-	1	0	1	0
B	-	1	0	1	1
C	-	1	1	0	0
D	-	1	1	0	1
E	-	1	1	1	0
F	-	1	1	1	1

                    BIN (Binary)                          =       ระบบเลขฐานสอง
                    BCD (Binary Code Decimal) =       ระบบเลขฐานสิบ
                    HEX (Hexadecimal)               =       ระบบเลขฐานสิบหก

1. ระบบเลขฐานสอง (Binary) ระบบเลขฐานสอง (Binary) จะเป็นระบบเลขที่ง่ายกว่าเลขฐานสิบ เนื่องจากระบบเลขฐานสอง จะใช้ัอักขระแทนสองตัว ระบบเลขฐานสองนี้ใช้ในระบบดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์ด้วย เพราะว่าวงจรดิจิตอลจะมีเพียงสองสถานะ(two states)หรือระดับสัญญาณสองระดับ (two signal levels)โดยมีตัวเลขที่ไม่ซ้ำกันอยู่ทั้งหมด 2 ตัว คือ 0 และ 1 หรืออาจใช้คำอื่นแทน

สถานะหนึ่ง	สถานะตรงข้าม
0	1
Off	On
Space	Mark
Open	Closed
Low	Hi

ถ้าจะเทียบเลขฐานสองกับเลขฐานสิบแล้ว เลขฐานสองจะมีจำนวนหลักมากกว่า เพราะว่าในแต่ละหลักจะมีเลขได้สองค่า แต่ถ้าเป็นเลขฐานสิบแต่ละหลักจะมีเลขได้เก้าค่าคือ 0 ถึง 9
ระบบเลขฐานสิบ แต่ละหลักจะมีค่าเวจต์เป็นค่าสิบยกกำลังของหลักนั้น ระบบเลขฐานสองก็เช่นเดียวกัน จะมีฐานของเลขฐานสอง (base 2 system) การหาค่าเวจต์ในแต่ละหลักจะหาได้จากค่ายกกำลังสองของหลักนั้นๆ

ฐานสอง	ฐานสิบ
2^0	1
2^1	2
2^2	4
2^3	8
2^4	16
2^5	32
2^6	64
2^7	128
2^8	256
2^9	512
2^10	1024

ค่าของ2ยกกำลังต่างๆเป็นฐานสิบ

          ถ้าต้องการแปลงเลขฐานสองเป็นเลขฐานสิบก็สามารถทำได้ เช่นถ้าแปลงเลข 101101 เป็นเลขฐานสิบสามารถทำได้ดังนี้
                             (1x2^5)+(0x2^4)+(1x2^3)+(1x2^2)+(0x2^1)+(1x2^0) = 45
                    ตัวเลขฐานสอง 101101 จะมีค่าเท่ากับ 45 ในระบบเลขฐานสิบ
          ระบบเลขฐานสองก็มีทศนิยมเช่นเดียวกับระบบเลขฐานสิบ ซึ่งเรียกว่าไบนารีพอยต์(binary point) โดยจะมีเครื่องหมายจุดแบ่งตัวเลขจำนวนเต็มกับเลขทศนิยมออกจากกัน ค่าเวจต์ของเลขทศนิยมแต่ละหลักจากซายไปขวาจะเป็นดังนี้ 1/2 , 1/4 , 1/8 , 1/16........ไปเรื่อยๆหรืออาจจะเขียนเป็นเลขยกกำลังค่าลบก็ได้

ฐานสอง	ฐานสิบ
2^ -1	0.5
2^ -2	0.25
2^ -3	0.125
2^ -4	0.0652
2^ -5	0.03125
2^ -6	0.015625

ค่าของ2ยกกำลังค่าลบ เป็นเลขฐานสิบ

ในระบบเลขฐานสิบนั้นแต่ละหลักจะเรียกว่าหลัก แต่ถ้่าเป็นระบบเลขฐานสองแต่ละหลักจะเรียกว่าบิต (bit) คำว่าบิต (bit) ย่อมาจาก binary digit ถ้าในงานดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์ จะพบคำว่า “Bit” บ่อยมาก
ในแต่ละหลักของเลขฐานสอง หลักซึ่งมีค่าเวจต์ต่ำสุดซึ่งอยู่ทางด้านขวาสุด จะเรียกว่าบิตที่มีความสำคัญต่ำสุด(LSB : Least Significant Bit) สำหรับด้านที่อยู่ซ้ายสุดจะมีค่าเวจต์สูงสุด เรียกว่าบิตที่มีความสำคัญสูงสุด(MSB : Most Significant Bit) ถ้าใช้ในระบบเลขฐานสิบจะเรียกว่า LSD(Least Significant Digit) และ MSD(Most Significant Digit) ในระบบดิจิตอลในบางครั้งเราจะเห็นเขียนว่า MSD , LSD กำกับเอาไว้ด้วย

2. ระบบเลขฐานสิบ (Decimal)          ระบบเลขฐานสิบ (Decimal) มีตัวเลขที่ไม่ซ้ำกันอยู่ทั้งหมด 10 ตัว คือ   0   1   2   3   4   5   6   7   8   9 หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งคือ BCD code อันนี้คงไม่ต้องกล่าวอะไรมากเพราะอยู่ใ้นชีวิตประจำวันอยู่แล้ว
3. ระบบเลขฐานสิบหก (Hexadecimal)
          ระบบเลขฐานสิบหก (Hexadecimal) ฐานของมันจะมีค่าเป็น 16 ซึ่งจะมีตัวเลขที่ไม่ซ้ำกันอยู่ทั้งหมด 16 ตัว คือ 0   1   2   3   4   5   6   7   8   9 A   B   C   D   E   F (ตัวอักษร 6 ตัว แทน ตัวเลข 10 –15 ตามลำดับ)
           ในงานด้านอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ ตัวเลขที่ใช้ในการประมวลผลจะเป็นเลขฐานสอง แต่ถ้าตัวเลขมีค่ามากจะทำให้เลขฐานสองมีหลายหลัก จึงใช้เลขฐานสิบหกแทนเลขฐานสอง แล้วจะมีการแปลงเลขฐานสิบหกเป็นเลขฐานสองอีกทีหนึ่ง เลขฐานสิบหกนั้นจะนิยมใช้มากในคอมพิวเตอร์ ถ้าหากไบนารี่ที่ใ่ช้ในระบบคอมพิวเตอร์เป็นแบบ 8 บิต ซึ่งแทนเลขฐานสิบหกได้ตั้งเเต่ 0 ถึง 255 แต่สามารถแทนด้วยเลขฐานสิบหกเพียงสองหลักเท่านั้น ถ้าหากเรามีเลขฐานสิบ 99,999,999 ถ้าเขียนแทนด้วยเลขไบนารีจะต้องใช้หลายบิต แต่ถ้าเขียนเเทนด้วยเลขฐานสิบหกจะใช้เพียงไม่กี่หลัก
           ค่าสิบหกสามารถแทนได้ด้วยสองยกกำลังสี่ หรือ 16 = 2^4 ดังนั้นเลขฐานสิบหกจึงสามารถเขียนแทนด้วยเลขฐานสองได้สี่บิต โดยมีค่าตั้งแต่ 0000 ถึง 1111 หรือแทนด้วยอักษร 0 ถึง F ความสัมพันธ์ระหว่างเลขฐานสอง ฐานสิบ และฐานสิบหกแสดงใ้ว้ในตารางความสัมพันธ์ของเลข BIN, BCD และ HEX
           การแปลงเลขฐานสองเป็นเลขฐานสิบหกก็สามารถทำได้โดยง่าย โดยจัดเลขฐานสองตั้งแต่บิตแรกจนถึงบิตสุืดท้ายเป็นกลุ่มๆ โดยจัดกลุ่มละ 4 บิตและแทนค่าด้วยเลขฐานสิบหกแต่ละค่าให้สอดคล้องกันตัวอย่างต่อไปนี้จะเป็นการแปลงเลขฐานสองเป็นฐานสิบหก
            —การแปลงเลข 10101011111101 เป็นเลขฐานสิบหกสามารถทำได้โดย การแบ่งกลุ่ม ๆ ละ 4 บิตดังนี้
                              0010     1010     1111     1101
          จะเห็นว่าถ้าแบ่งเป็นกลุ่ม ๆ ละ 4 บิต จะมีสองบิตบนที่จัดกลุ่มไม่ได้ ก็ให้เติม 0 ไปในกลุ่มนั้นให้ครบ 4 บิต จากนั้นแทนค่าตัวเลขแต่ละกลุ่มด้วยเลขฐานสิบหกดังนี้
                                2            A          F          D
ดังนั้นจะได้ 10101011111101 มีค่าเท่ากับ 2AFD
          ให้จำใว้ว่าเลขฐานสิบหกที่เรามองเห็นนั้นเป็นการใช้แทนเลขไบนารีเพราะ CPU ไม่สามารถประมวลผลเลขฐานสิบหกได้
ประเภทของข้อมูลเช่น บิต, ไบต์, เวิร์ด
ข้อมูลภายใน PLC จะมีคำจำกัดความที่เรียกกันคือ บิต (BIT), ไบต์ (Byte), เวิร์ด (Word) หลักการเรียกและความหมายของแต่ละคำมีดังนี้
1 Word = 2 Byte
1 Byte = 2 Digit
1 Digit = 4Bit
        เช่น  ข้อมูลขนาด 256 กิโลบิต (kBit) จะสามารถเก็บข้อมูลได้กี่กิโลไบต์ ?
                        8 บิต                 =       1   ไบต์
                        256 กิโลบิต      =       (256 x 1000)/8 = 32,000   ไบต์

                                                                                   = 32   กิโลไบต์
หน่วยความจำ ขนาด 6 kWords ถ้าจะเปลี่ยนหน่วยเป็น kB. จะได้เท่าไร ?
                        1 Word      =       2 ไบต์
                        6 kWord    =       2 x 6 x 1000        =       12,000 ไบต์
                                                                               =       12       กิโลไบต์

ลอจิกเกต (LOGIC GATE)
          PLC ทำงานด้วยหลักการของ binary คือ เป็นอย่างใดอย่างหนึ่งใน 2 สถานะ เช่น สูงหรือต่ำ
ปิดหรือเปิด, 0 หรือ 1 เกตเป็นสัญลักณ์ของวงจรที่่ใช้แทนลอจิก ระบบที่เรียกว่าพีชคณิตบูลลีนใช้แสดงอินพุตและเอาท์พุต เกตพื้นฐานมีดังนี้
อินเวอร์เตอร์ INVERTER-NOT
       อินเวอร์เตอร์เป็นเกตที่มี 1 อินพุต 1 เอาท์พุตท์ วงจรให้เอาท์พุตที่ตรงข้ามกับอินพุต เช่นถ้าอินพุตเป็น 0 เอาท์พุตจะเป็น 1 ถ้าอินพุตเป็น 1 เอาท์พุตจะเป็น 0

A	Y
0	1
1	0

แอนด์เกต AND GATE
เป็นเกตที่มีตั้งแต่สองอินพุตขึ้นไป มี 1 เอาท์พุต วงจรให้เอาท์พุตเป็น 1 เมื่ออินพุตทุกตัวมีค่าเป็น 1 กรณีอื่นๆเอาท์พุตจะมีค่าเป็น 0

A	B	Y
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

ออร์เกต OR GATE
เป็นเกตที่มีตั้งแต่สองอินพุตขึ้นไป มี 1 เอาท์พุต วงจรให้เอาท์พุตเป็น 1 เมื่อตัวไดตัวหนึ่งมีค่าเป็น 1 เมื่ออินพุตทุกตัวมีค่าเท่ากับ 0 เอาท์พุตจะมีค่าเป็น 0

A	B	Y
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

แนนด์เกต NAND GATE เป็นเกตที่มีตั้งแต่สองอินพุตขึ้นไป มีการทำงานตรงข้ามกับ แอนด์เกต(วงจรให้เอาท์พุตเป็น 0 เมื่ออินพุตทุกตัวมีค่าเป็น 1 กรณีอื่นๆค่าเอาท์พุตจะมีค่าเป็น 1 )

A	B	Y
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

นอร์เกต NOR GATE
เป็นเกตที่มีตั้งแต่สองอินพุตขึ้นไป มีการทำงานตรงข้ามกับออร์เกต(วงจรจะให้เอาท์พุตเป็น 0 ก็ต่อเมื่ออินพุตตัวไดตัวหนึ่งมีค่าเป็น1)

A	B	Y
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

เอ็กซ์คลูซิฟออร์เกต X-OR GATE เป็นเกตที่มี 2 อินพุต 1 เอาท์พุต วงจรให้เอาท์พุตเป็น 1 เมื่ออินพุตมีค่าต่างกัน ให้เอาท์พุตเป็น 0 เมื่ออินพุตมีค่าเหมือนกัน

A	B	Y
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

เอ็กซ์คลูซิฟนอร์เกต X-NOR GATE เป็นเกตที่มี 2 อินพุต 1 เอาท์พุต วงจรให้เอาท์พุตเป็น 1 เมื่ออินพุตมีค่าเหมือนกัน ให้เอาท์พุตเป็น 0 เมื่ออินพุตมีค่าต่างกัน

A	B	Y
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	1

เว็บไซต์ส่วนตัวนายอธิพันธ์

หน้าเว็บ

เกร็ดความรู้

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น