برنامه‌‌نویسی PLC با منطق نردبانی

نمودارهای موسوم به نردبانی، شماتیک‌های مداری متداولی هستند که از آنها به منظور توصیف و توضیح منطق عملکرد سیستم‌های کنترل صنعتی استفاده می‌شود.

• پیش نیاز: آموزش اصول مقدماتی PLC

علت نام‌گذاری آنها به نمودارهای نردبانی یا منطق نردبانی، دقیقا به علت شباهتی است که این نمودارها با نردبان دارند. به این ترتیب که همیشه در دو طرف شماتیک مدار دو ریل عمودی وجود دارند که نشان‌دهنده‌ی منابع تغذیه هستند و اجزای دیگر مدار به صورت پله‌های این نردبان (خطوط افقی) مابین این دو ریل عمودی رسم می‌شوند. به عنوان یک مثال بسیار ساده؛ یک مدار کنترلی را فرض کنید که قرار است در آن یک لامپ را با کمک یک سوییچ دستی کنترل کنیم. شماتیک این مدار کنترلی با منطق نردبانی چیز شبیه تصویر زیر خواهد شد.

در نمودار فوق، اصل بر این است که L1 و L2 دو قطب منبع تغذیه‌ی 120 VAC هستند مگر آن‌که در مداری چیزی خلاف این ذکر شده باشد. در حقیقت L1 یک hot conductor است؛ یعنی رسانایی که به فاز غیر زمین منبع تغذیه‌ی یک سیستم الکتریکی متصل است و از طرفی با یک فیوز یا مدارشکن نیز محافظت می‌شود. L2 نیز رسانای خنثی (neutral) است که به زمین اتصال دارد. (دقت کنید که این نوع طراحی شماتیک ارتباطی با طراحی سلف‌ ها ندارد و نباید اشتباه شوند) معمولا درمنطق نردبانی؛ برای حفظ سادگی و پرهیز از پیچیده‌شدن، جنراتور و مولد اصلی تغذیه‌ی مدار را نمایش نمی‌دهند. اگر بخواهیم آن را نمایش دهیم شماتیک بدین گونه خواهد شد.

نمی‌توان گفت به طور قطع اما معمولا در مدارهای صنعتی با منطق رله، ولتاژ کاری برای سوییچ کانتکت‌ها و سیم‌پیچ‌های رله 120 ولت AC است و اگر قرار باشد از ولتاژ‌های AC پایین‌تر و یا ولتاژ DC در مداری استفاده شود، شماتیک آن را با منطق نردبانی ترسیم خواهند کرد و مقدار ولتاژ را نیز قید می‌کنند.

البته از آن‌جا که مقادیر ولتاژ عملکرد تمامی سوییچ کانتکت‌ها و رله‌ها در حین ساخت تعیین می‌شود؛ همین کفایت می‌کند و دیگر نیازی نیست که بخواهیم یک ولتاژ دقیق و مشخص را به عنوان سطح ولتاژ کاری مدار مشخص و انتخاب کنیم. هرچه که باشد فقط کافیست که با اجزای مدار هماهنگ باشد.

حال به عدد 1 که در مدار بالا بین لامپ و سوییچ گذاشته شده است دقت کنید. در مدار واقعی نیز این عدد وجود دارد و با کمک گرفتن از تگ‌های جانبی و یا به هر طریق دیگری، بر روی آن سیم قید می‌شود؛ در هر نقطه‌ای از آن که تشخیص  و خواندنش راحت‌تر باشد. قانون نام‌گذاری سیم‌ها به این صورت است که سیم‌هایی که به سوییچ منتهی می‌شوند به ترتیب با L1 و 1 برچسب‌گذاری می‌شوند و سیم‌هایی که به لامپ منتهی می‌شوند به ترتیب با 1 و L2. این برچسب‌گذاری‌ها ساخت و نگه‌داری مدار را بسیار آسان‌تر می‌کنند.

هرکدام از رساناها‌، در هر سیستم کنترلی‌ای که استفاده شوند، شماره‌ی منحصر به فرد خود را در آن سیستم دارند و شماره‌هایی که به سیم‌ها اطلاق‌ می‌شود در تمام طول مسیر آن سیم ثابت است و تغییر نمی‌کند؛ حتی اگر قطر سیم، رنگ‌ آن و … به واسطه‌ی عبور از اتصالات مختلف تغییر کند. البته واضح است که ما در حالت ایده‌آل ترجیح می‌دهیم که حتی این تغییر رنگ و قطر و … را هم نداشته باشیم تا راحت‌تر بتوان سیم‌ها را دنبال نمود. اما خب درعمل در بسیاری موارد چنین چیزی قابل اجرا نیست و ناگزیر به تغییرات این‌چنینی خواهیم بود. بنابراین چیزی که در عمل باید  برای ما حائز اهمیت باشد همان نکته‌ای است که عنوان کردیم؛ هر کدام از سیم‌ها در تمام نقاط مدار یک فرآیند کنترل صنعتی شماره و برچسب ثابتی داشته باشد. مثلا تصویر زیر را ببینید که بخشی از یک مدار را نشان می‌دهد، سیم شماره‌ی 25 را ببینید که در عین اینکه از نظر الکتریکی پیوسته است، به شاخه‌های متعددی منشعب شده و هم‌چنان تمام آن انشعاب‌ها نیز همان برچسب 25 را دارند.

در منطق مداری نردبانی، قطعاتی که به عنوان بار مدار محسوب می‌شوند (نظیر لامپ‌ها، سیم‌پیچ‌های رله، سیم‌پیچ‌های سلونوئید و …) می‌توان گفت که در قریب به اتفاق موارد در سمت راست نردبان جای داده می‌شوند. البته از نظر الکتریکی هیچ فرقی نمی‌کند که مثلا سیم‌پیچ رله کجای نردبان قرار داشته باشد اما از این نظر که کدام سمت از منبع تغذیه به زمین متصل شده باشد مهم است و تفاوت خواهد داشت. چرا که عملکرد پایدار و ایمن مدار تا حدودی به این مسئله وابسته است. به عنوان مثال مدار زیر را ببینید.

در این مدار می‌بینیم که بار (لامپ) و نیز قسمت اتصال به زمینِ منبع هر دو در سمت راست نردبان قرار دارند. این نحوه‌ی چینش تصادفی یا اتفاقی نیست، بلکه اتفاقا در یک طراحی خوب، چنین کاری کاملا با منظور انجام می‌شود. مثلا فرض کنید اگر سیم 1 به صورت تصادفی و به هر طریقی، با زمین اتصال پیدا می‌کند، در نتیجه قسمت گوشه‌ی سمت راست مدار، شامل یکی از هادی‌ها، بین دو اتصال زمین ایزوله می‌شود. در این حالت مدار چنین عملکردی از خود نشان می‌دهد.

از آن‌جایی که دو سر لامپ اتصال زمین پیدا کرده است، از مدار حذف می‌شود چرا که نمی‌تواند از هیچ سمتی توان دریافت کند و روشن شود. از طرفی با وصل شدن کلید ما یک مدار اتصال کوتاه داریم که شدت توان و جریان جاری شده از منبع به سمت زمین، باعث می‌شود که فیوز در لحظه و به سرعت بسوزد. حالا تصور کنید که مدار دیگری داشته باشیم با همین ایراد (سیم 1 آن با زمین اتصال پیدا کند) اما با این تفاوت که در این مدار جدید کلید و فیوز (لامپ) برعکس قرار گرفته باشند. یعنی کلید در سمت راست و فیوز در سمت چپ.

چه اتفاقی می‌افتد؟ در این حالت اتصال تصادفی سیم 1 به زمین، باعث می‌شود که جریان از منبع به سمت لامپ سرایز شود و لامپ ناگزیر و بدون دخالت کلید همیشه روشن باشد. از طرفی کلید نیز در قسمت ایزوله و بی‌تاثیر مدار می‌افتد.

با مقایسه‌ی این دو حالت می‌توان به خوبی نتیجه گرفت که ما ترجیح می‌دهیم مداری داشته باشیم که در صورت رخداد خطایی نظیر اتصال تصادفی به زمین، تنها یک فیوز را درگیر کند تا اینکه مداری داشته باشیم که در صورت وقوع چنین پیشامدی، به طرزی غیرقابل کنترل لامپ‌ها، سلونوییدها، رله‌ها و … را روشن نماید. به همین علت؛ معمولا در طراحی مدارهای منطق نردبانی، زیرکانه بارهای مدار را در قسمت سمت راست نردبان و در واقع در نزدیک‌ترین نقطه به هادی متصل به زمین قرار می‌دهند.

مرور و جمع‌‌بندی نکات

• نمودارهای نردبانی (که اغلب به عنوان منطق نردبانی نیز شناخته می‌شوند)، یکی از شیوه‌های نمادین ترسیم مدارهای الکتریکی هستند که به طور متعدد در صنعت از آنها استفاده می‌شود و اصلی‌ترین کاربرد آن‌ها در بیان شیوه‌ی اتصالات سوییچ‌ها و رله‌های مدارهای الکترومکانیکال است.
• در این شیوه از دو خط عمودی در دو سمت شماتیک استفاده می‌شود که به آن‌ها ریل (rail) گفته می‌شود. این دو خط نشان‌دهنده‌ی دو قطب مخالف منبع تغذیه‌ی مدار هستند. مقدار این منبع معمولا 120 ولت AC است و آن ریلی که نماینده‌ی فاز غیرزمین منبع (hot) است را با L1 و ریل دیگر که نماینده‌ی اتصال به زمین (neutral) است را L2 می‌نامند.
• خطوط افقی ما بین این دو ریل که پله‌های نردبان هستند را به عنوان شاخه‌های موازی آن مدار در نظر می‌گیریم که بین دو قطب منبع قرار می‌گیرند و تمام اجزا مدار را به صورت یکتا در خود جای می‌دهند.
• معمولا در سیستم‌های کنترلی، تمام سیم‌ها به منظور شناسایی و ردیابی راحت‌تر، دارای عنوان یا شماره هستند. این قانون به طور خلاصه به این شکل است که تمام سیم‌های مدار که در طول مسیراز نظر الکتریکی پیوسته هستند، باید در تمام نقاط آن پیوستگی دارای عنوان (شماره‌ی یکسان) باشند.

• منبع: ترجمه از سایت allaboutcircuits.com
• منبع: عکس شاخص از سایت lynda.com

اگر آموزش برنامه‌‌نویسی PLC با منطق نردبانی براتون مفید واقع شده ما را نیز دعا کنید و اگر خواستین می‌توانید از محتوا‌ی رایگان آموزشی حمایت مالی کنید. همچنین لطفا نظرات، پیشنهادات و درخواست‌های خود را در کامنت‌ها ⇓ بنویسید.

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.