نمودارهای "نردبان".
فصل 6 - منطق نردبان
نسخه PDF

نمودارهای نردبانی، شماتیک های تخصصی هستند که معمولاً برای مستندسازی سیستم های منطق کنترل صنعتی استفاده می شوند.

آنها را نمودارهای "نردبانی" می نامند، زیرا شبیه یک نردبان هستند، با دو ریل عمودی (تغذیه برق) و به همان تعداد "پله" (خطوط افقی) که مدارهای کنترلی برای نمایش وجود دارد.

اگر بخواهیم نمودار نردبانی ساده ای را ترسیم کنیم که لامپی را نشان می دهد که توسط یک سوئیچ دستی کنترل می شود، به شکل زیر است:

نمودار نردبانی ساده که لامپی را نشان می دهد که با کلید دستی کنترل می شود.

نام‌های "L1" و "L2" به دو قطب یک منبع تغذیه 120 VAC اشاره دارد، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. L1 هادی "گرم" و L2 هادی زمینی ("خنثی") است.

این نام گذاری ها هیچ ربطی به سلف ها ندارند، فقط برای اینکه همه چیز گیج کننده باشد. ترانسفورماتور یا ژنراتور واقعی که برق این مدار را تامین می کند برای سادگی حذف شده است. در واقعیت، مدار چیزی شبیه به این است:

ترانسفورماتور یا ژنراتور واقعی که برق این مدار را تامین می کند.

به طور معمول در مدارهای منطقی رله صنعتی، اما نه همیشه، ولتاژ کاری برای کنتاکت های سوئیچ و سیم پیچ های رله 120 ولت متناوب خواهد بود.

سیستم‌های AC و حتی DC ولتاژ پایین‌تر گاهی اوقات بر اساس نمودارهای «نردبانی» ساخته و مستند می‌شوند:

گاهی اوقات سیستم های AC و حتی DC با ولتاژ پایین ساخته و مستند می شوند

تا زمانی که کنتاکت‌های سوئیچ و سیم‌پیچ‌های رله همگی دارای رتبه‌بندی مناسب باشند، واقعاً مهم نیست که چه سطح ولتاژی برای کارکرد سیستم انتخاب می‌شود.

اهمیت اعداد سیم در یک مدار
به عدد "1" روی سیم بین کلید و لامپ توجه کنید. در دنیای واقعی، هر جا که تشخیص آن راحت باشد، آن سیم با آن شماره، با استفاده از برچسب های انقباض حرارتی یا چسب برچسب گذاری می شود.

سیم های منتهی به سوئیچ به ترتیب دارای برچسب "L1" و "1" هستند. سیم های منتهی به لامپ به ترتیب دارای برچسب "1" و "L2" هستند.

این شماره های سیم مونتاژ و نگهداری را بسیار آسان می کند. هر هادی دارای شماره سیم منحصر به فرد خود برای سیستم کنترلی است که در آن استفاده می شود.

شماره سیم در هیچ نقطه اتصال یا گره ای تغییر نمی کند، حتی اگر اندازه، رنگ یا طول سیم در داخل یا خارج از نقطه اتصال تغییر کند.

البته ترجیحاً حفظ رنگ های سیم ثابت است، اما این همیشه عملی نیست. سیستم پی ال سی آنچه مهم است این است که هر نقطه الکتریکی پیوسته در مدار کنترل دارای همان شماره سیم باشد.

به عنوان مثال، این بخش مدار را با سیم #25 به عنوان یک رزوه نقطه ای پیوسته الکتریکی به دستگاه های مختلف در نظر بگیرید:

نخ زنی نقطه ای پیوسته الکتریکی به بسیاری از دستگاه های مختلف.

مکان عناصر مناسب در نمودار نردبانی
در نمودارهای نردبانی، دستگاه بار (لامپ، سیم پیچ رله، سیم پیچ برقی و غیره) تقریباً همیشه در سمت راست پله کشیده می شود.

در حالی که از نظر الکتریکی اهمیتی ندارد که سیم پیچ رله در کجای پله قرار دارد، مهم است که کدام انتهای منبع تغذیه نردبان به زمین متصل باشد تا عملکرد قابل اعتمادی داشته باشد.

برای مثال این مدار را در نظر بگیرید:

منبع تغذیه نردبان برای عملکرد قابل اطمینان، زمین است.

در اینجا، لامپ (بار) در سمت راست پله قرار دارد، و همچنین اتصال زمین برای منبع تغذیه.

این تصادفی یا تصادفی نیست. بلکه یک عنصر هدفمند از تمرین خوب طراحی است.

فرض کنید که سیم شماره 1 به طور تصادفی با زمین تماس پیدا می کند، عایق آن سیم مالش داده شده است به طوری که هادی لخت با مجرای فلزی متصل به زمین تماس پیدا می کند.

مدار ما اکنون به صورت زیر عمل می کند:

هادی لخت با مجرای فلزی متصل به زمین تماس پیدا کرد.

با اتصال هر دو طرف لامپ به زمین، لامپ "کوتاه" می شود و قادر به دریافت برق برای روشن شدن نیست.

اگر قرار بود سوئیچ بسته شود، یک اتصال کوتاه ایجاد می شود و بلافاصله فیوز منفجر می شود.

با این حال، در نظر بگیرید که با همان خطا چه اتفاقی برای مدار می افتد (سیم شماره 1 در تماس با زمین است)، به جز این که این بار موقعیت های کلید و فیوز را عوض می کنیم (L2 هنوز زمین است):

موقعیت سوئیچ و فیوز را عوض کنید.

این بار اتصال تصادفی سیم شماره 1 به لامپ باعث برق می شود در حالی که کلید هیچ تاثیری نخواهد داشت.

داشتن سیستمی که در صورت خطای زمین فیوز می زند بسیار ایمن تر از سیستمی است که در صورت بروز همان خطا به طور غیرقابل کنترلی لامپ ها، رله ها یا شیر برقی ها را روشن می کند.

به همین دلیل، بار(ها) باید همیشه در نزدیکترین هادی برق زمینی در نمودار نردبانی قرار گیرند.

مرور:

نمودارهای نردبانی (گاهی اوقات "منطق نردبان" نامیده می شود) نوعی نماد و نماد الکتریکی هستند که اغلب برای نشان دادن نحوه اتصال سوئیچ ها و رله های الکترومکانیکی استفاده می شود.
دو خط عمودی "ریل" نامیده می شوند و به قطب های مخالف یک منبع تغذیه، معمولاً 120 ولت متناوب متصل می شوند. L1 سیم AC "گرم" و L2 هادی "خنثی" (زمین شده) را مشخص می کند.
خطوط افقی در نمودار نردبانی "پله" نامیده می شوند که هر یک نشان دهنده یک مدار موازی منحصر به فرد است.

انچ بین قطب های منبع تغذیه
به طور معمول، سیم ها در سیستم های کنترل با اعداد و/یا حروف برای شناسایی مشخص می شوند. قانون این است که همه نقاط متصل دائمی (از نظر الکتریکی مشترک) باید یک برچسب داشته باشند.

Automation Master یک پروژه منبع باز[1] است که توسط جامعه نگهداری می شود. Automation Master برای کمک به طراحی، پیاده سازی و بهره برداری از یک سیستم خودکار ایجاد شده است.

نصب و راه اندازی هر سیستم خودکار بسیار زمان بر و پرهزینه است. بیشتر زمان صرف شده برای راه‌اندازی یک سیستم خودکار را می‌توان در مشکلات ارائه یک آزمایش مؤثر از سیستم مبتنی بر رایانه در آزمایشگاه یکپارچه‌ساز جستجو کرد.

تکنیک‌های آزمایش سنتی مستلزم راه‌اندازی تجهیزات به اندازه عملی در آزمایشگاه، و سیم‌کشی یک پانل شبیه‌ساز حاوی سوئیچ‌ها و چراغ‌های نشانگر به همه ماژول‌های I/O در PLC بود. ایستگاه‌های اپراتور به این «لانه موش‌ها» از سیم‌ها، سوئیچ‌ها، چراغ‌های نشانگر و تجهیزات برای آزمایش متصل خواهند شد.

نرم افزار PLC با ترتیب دادن سوئیچ های ضامن برای ورود سیگنال های الکتریکی به کارت های ورودی روی PLC، و سپس مشاهده پاسخ توسط نرم افزار روی چراغ های نشانگر و کنسول های اپراتور آزمایش می شود. برای سیستم‌های ساده کوچک، این نوع آزمایش قابل مدیریت بود، و درجاتی از اطمینان حاصل می‌شد که نرم‌افزار کنترل پس از نصب کار می‌کند. با این حال، مقدار زمان صرف شده برای انجام آزمایش نسبتاً زیاد بود و نمی‌توان به یک آزمایش زمان واقعی دست یافت.

با بزرگ‌تر شدن و پیچیده‌تر شدن سیستم‌ها، این روش آزمایش تنها با هزینه‌ای قابل توجه، به بررسی اولیه سخت‌افزار و پیکربندی می‌پردازد. آزمایش توالی‌های منطقی پیچیده، یک عمل بیهوده بدون توانایی بازتولید دقیق روابط زمان‌بندی بین سیگنال‌ها است. آنچه مورد نیاز بود، توانایی اعمال نرم افزار سیستم کنترل در یک محیط واقعی بود. شبیه سازی زمان واقعی این خلاء را پر می کند. شبیه‌سازهای زمان واقعی مانند Automation Master بسته‌های نرم‌افزاری مبتنی بر کامپیوتر هستند که از مدلی برای تقلید واکنش سیستم خودکار به نرم‌افزار کنترل استفاده می‌کنند.
مکس هیچنز و جورج روت کار بر روی پروژه های اتوماسیون صنعتی دلتا را در اواخر دهه 1970 آغاز کردند. یکی از اولین پروژه های آنها یک سیستم خودروی هدایت شونده خودکار برای شرکت تایر و لاستیک گودیر در لاتون، اوکلاهاما بود. این سیستم قرار بود به طور خودکار مواد و کالاهای نهایی را در اطراف یک کارخانه بزرگ تایر حمل کند.

تجربه قبلی آقای هیچنز و آقای رات در توسعه نرم‌افزار عمدتاً در محیط‌های اداری بود که می‌توان منطق را بر اساس CRT ساده یا خروجی چاپی اشکال زدایی کرد. بنابراین، پس از چهار ماه نوشتن نرم‌افزار برای سیستم خودکار، آنها نرم‌افزار را وارد میدان کردند و به این ترتیب «تعمید» خود را وارد دنیای واقعی اشکال‌زدایی سیستم‌های خودکار بزرگ کردند. یک وسیله نقلیه اتوماتیک برای انجام یک کار اعزام می شود و در مقصد خود ظاهر نمی شود. ابتدا باید وسیله نقلیه‌ای را پیدا می‌کردند که می‌توانست در هر نقطه از تأسیسات عظیم باشد، سپس سعی می‌کردند بفهمند چه مشکلی رخ داده است. بعد از 6 ماه روز 16 ساعته - 7 روز در هفته، بالاخره سیستم را راه اندازی کردند.

آقای هیچنز و آقای روت پروژه های خودروی هدایت خودکار دیگری داشتند و تصمیم گرفتند که تجربه اشکال زدایی گودیر را تکرار نکنند. بنابراین، آنها یک شبیه‌ساز سفارشی می‌سازند که به کنترل‌کننده سیستم خودروی هدایت‌شده متصل می‌شود و وانمود می‌کند که کف کارخانه است. فعالیت خودروهای هدایت شونده بر روی یک نمایشگر گرافیکی رنگی نمایش داده شد. نرم‌افزار را می‌توان بر روی میز آن‌ها اشکال زدایی کرد و با تمام شده و اشکال زدایی به میدان رفت و با حداقل تلاش نصب کرد.

مدتی بعد، آقای Hitchens و آقای Rote در حال نمایش شبیه ساز AGV خود به Conco-Tellus، سازنده سیستم های نوار نقاله بودند، زمانی که از آنها پرسیده شد که آیا می توانند یک شبیه ساز برای سیستم های نوار نقاله بسازند. البته پاسخ مثبت بود و شبیه ساز زمان واقعی نقاله (RTCS) متولد شد.[2] RTCS یک سیستم سفارشی با 3 کامپیوتر تک برد بود. در سال 1985 حق ثبت اختراع [3] برای آن اعطا شد.

RTCS یک محصول تخصصی بود که بازار بزرگی نداشت، اما آقای هیچنز و آقای روت به اصلاح و توسعه ادامه دادند. در این زمان کامپیوتر IBM معرفی شد و از آن برای ساخت پایگاه داده لازم برای شبیه ساز استفاده شد. در اواسط دهه 1980، یکی از مدیران آزمایشگاه‌های بل این شبیه‌ساز را دید و می‌خواست آن را برای مدل‌سازی پروژه‌های توسعه نرم‌افزار امتحان کند. در جعبه سخت افزار سفارشی غیر عملی بود. اما از آنجایی که این کد برای پردازنده‌های اینتل نوشته شده بود، احتمالاً می‌توان آن را برای اجرا در رایانه شخصی تبدیل کرد.

در ازای استفاده رایگان از نرم‌افزار، آزمایشگاه‌های بل یک سیستم توسعه و دو مهندس نرم‌افزار را برای کمک به تبدیل کمک کردند. معلوم شد که خیلی سخت نیست و در عرض چند هفته RTCS روی رایانه شخصی اجرا شد. تقریباً، رایانه شخصی قدرت کافی برای برآوردن زمان واقعی محاسباتی که RTCS مورد نیاز است را نداشت. با این حال، یک سیستم نمایشی عالی ساخت. اکنون تنها چیزی که لازم بود یک دیسک بود و نه 100 پوند تجهیزات کامپیوتری.

همانطور که کامپیوتر 8088 به 80286 تبدیل شد، مشتریان به طور فزاینده ای تمایلی به خرج کردن هزاران دلار برای یک قطعه سفارشی از تجهیزات کامپیوتری نداشتند. زمانی که کامپیوترهای شخصی 80386 وارد بازار شدند، RTCS دیگر بازاری نداشت. خوشبختانه 80386 و s

متعاقباً 80486 قدرت کافی برای اجرای شبیه‌سازی را در زمان واقعی داشت و Automation Master[4] متولد شد.

توسعه تا اواسط دهه 1990 ادامه یافت، زمانی که به دلایل متعدد، عمدتاً مرگ جورج روت، متوقف شد. در این زمان، Automation Master هزاران ساعت توسعه و استفاده را در خود جای داده بود.

Automation Master تا سال 2013 که مکس هیچنز تصمیم به ایجاد یک پروژه منبع باز[1] و انتشار آن در حوزه عمومی گرفت، رو به ضعف بود.