Programmable Logic Controller (PLC) အေၾကာင္း အေျခခံ ေလ့လာသင္ယူခ်က္ - ၂

Chapter 1 Introduction to Programmable Logic Controllers
၁.၁ Definition
Programmable Logic Controller (PLC) ကို Computer နည္းပညာကုိ အေျခခံ၍ microprocessor မ်ားၿဖင့္ တည္ေဆာက္ထားၿပီး Control function မ်ားေဆာင္ရြက္ရန္အတြက္ integrated Circuit မ်ားကုိ အသုံးျပဳထားသည္။ စက္မွဳလုပ္ငန္းမ်ားတြင္ သံုးသည့္ Automated machine မ်ားႏွင့္ process မ်ားကုိ Control လုပ္ရန္အတြက္ လုိအပ္ေသာ ညႊန္ၾကားခ်က္မ်ား (instructions)တုိ႔ သိမ္းဆည္းထားႏုိင္ၿပီး ထုိ instruction မ်ားအတုိင္း PLC မ်ားက လုပ္ကုိင္ ေဆာင္ရြက္ေပးႏုိင္သည္။ ညႊန္ၾကားခ်က္မ်ား (instructions)မွာ Sequencing ၊ timing ၊ counting ၊ arithmetic ၊ Data manipulation ႏွင့္ Communication တုိ႔ျဖစ္ၾကသည္။

PLC မ်ားကုိ အမ်ိဳးမ်ိဳးေသာနည္းမ်ားျဖင့္ အဓိပၸါယ္ဖြင့္ ဆုိၾကသည္။ အရိုးရွင္းဆုံးေသာ PLC ၏ အဓိပၸါယ္မွာ “PLC သည္ industrial Computer တစ္မိ်ဳးျဖစ္ၿပီး Central Processing Unit (CPU ကုိုဆုိလုိသည္။) ႏွင့္ တျခားေသာ field device မ်ားကုိ interfacing circuitry ျဖင္ ့ခ်ိတ္ဆက္ထားသည္။

၁.၂ ယေန့ Programmable Logic Controllers
ယေန႔ ေခတ္တြင္ Automation industry ၌ နည္းပညာအသစ္အဆန္းမ်ား ေန႔စဥ္လုိလုိ ေပၚထြက္ လွ်က္ရိွသည္။ထိုနည္းပညာမ်ားေၾကာင့္ PLC မ်ား၏ ဒီဇုိင္းမ်ား တုိးတက္လာသလုိ Control System တစ္ခုလုံး၏ architecture အေပၚရႈျမင္သည့္ ယူဆခ်က္မ်ား (Philosophical approach ) လည္းေျပာင္းလဲလာသည္။ Hardware ႏွင္ ့သက္ဆုိင္ေသာ နည္းပညာမ်ားသာမက Software ႏွင့္ သက္ဆုိင္နည္းပညာမ်ားလည္း အတူတကြတစ္ၿပိဳင္နက္တုိးတက္လာသည္။
(က) အဆင့္ၿမင့္သည့္ Microprocessor နည္းပညာအသစ္မ်ားႏွင့္ electronic နည္းပညာမ်ားေၾကာင့္ PLC ၏ scan time ပုိ၍ျမန္ဆန္လာသည္။ တနည္း PLC မ်ား၏ လုပ္ေဆာင္ခ်က္မ်ား ပိုမုိလွ်င္ၿမန္လာသည္။
(ခ) PLC မ်ား၏အရြယ္အစားပုိ၍ ေသးငယ္လာၿပီး ေစ်းႏႈန္းလည္းပုိ၍ နည္းလာသည္။ ေစ်းႏႈန္းနည္းလာေသာေၾကာင့္ အခ်ိဳ႕ေသာေနရာမ်ားတြင္ Relay မ်ား၏ ေနရာတြင္ PLC မ်ားကို အစားထုိးအသုံးျပဳလာၾကသည္။
(ဂ) PLC တစ္ခုတြင္ရွိႏုိင္သည့္ input/output (I/O) မ်ားပုိ၍ မ်ားမ်ားလာသည္။ ထုိ႔ေၾကာင့္ ေစ်း ႏႈန္းက်ဆင္းလာသည္။
(ဃ) PLC မ်ား တစထက္တစ ပုိ၍ ဥာဏ္ရည္ၿမင့္မားလာသည္။ intelligent ျဖစ္လာသည္။ interface မ်ားတြင္ PID loop မ်ား ပါရိွလာျခင္း၊ protocol မ်ားစြာျဖင့္ Communicate လုပ္ႏုိင္ျခင္း၊ High level language ျဖစ္ေသာ BASIC ၊ C ၊ Pascal တုိ႔ျဖင့္ ေရးသားႏိုင္ျခင္း တုိ႔ျဖစ္သည္။
(င) Mechanical ဒီဇုိင္းမ်ားပုိ၍ ေကာင္းမြန္တုိးတက္လာသည္။
(စ) Special interface မ်ားကုိ အသုံးျပဳ၍ အခ်ိဳ႕ေသာ device မ်ားကုိ PLC ႏွင့္ တုိက္ရုိက္ ခ်ိတ္ဆက္(Connect) ႏိုင္သည္။ အသံုးမ်ားသည့္ Special Interface မ်ားမွာ thermocouple မ်ား၊ strain gauge မ်ားႏွင့္ fast response input မ်ားျဖစ္သည္။
အေသးငယ္ဆုံးေသာ PLC မ်ားတြင္ I/O point ၃၂ခုပါဝင္၍ အၾကီးဆံုး PLC မ်ားတြင္ I/O point ၈၀၀၀ ခန္႔ပါဝင္ စာလုံး (word) ၁၂၈၀၀၀ ခန္႔ကုိသိမ္းဆည္းႏုိင္သည့္ memory ပါဝင္သည္။ PLC မ်ားအားလုံးလုိလုိတြင္ industrial တြင္ အမ်ားဆံုးအသံုးၿပဳေလ့ရွိေသာ I/O system မ်ားပါဝင္သည္။ Programming လုပ္ႏုိင္သည့္ feature မ်ားႏွင့္ Local communication Network ႏွင့္ ဆက္သြယ္ႏိုင္သည့္ interface မ်ားပါဝင္သည္။PLC မ်ားတြင္ object oriented programming tool မ်ားႏွင့္ IEC 1131-3 standard ကုိိ အေျခခံထားသည့္ language မ်ားပါဝင္သည္။

BASIC ႏွင့္ C တုိ႔ကဲ့သုိ႔ေသာ High-level language မ်ားကုိလက္ခံႏုိင္သည့္ PLC မ်ားသည္ peripheral device မ်ားႏွင့္ ပုိမိုလြယ္ကူစြာ program ေရးႏုိင္သည္။ PLC မ်ားသည္ Data မ်ားကုိ ပုိမိုလြယ္ကူစြာ ကိုင္တြယ္နုိင္သည္။ manipulating လုပ္ႏုိင္သည္။
Ladder diagram instruction မ်ားတြင္ Advanced functional block instruction မ်ားပါဝင္လာေသာေၾကာင့္ software မ်ား၏စြမ္းရည္ပုိမိုျမင့္မားလာသည္။
ခ်ိဳ့ယြင္းခ်က္မ်ားရွာေဖြၿခင္း (Diagnostics) ႏွင့္ အမွားရွာေဖြၿခင္း (fault detection) စြမ္းရည္မ်ား တုိးတက္လာျခင္းေၾကာင့္ PLC မ်ား၌ ျဖစ္ေနေသာ fault မ်ားကုိ သိႏို္င္ျခင္း၊ machine ႏွင့္ Field device မ်ား၌ ျဖစ္ေပၚေနေသာ fault မ်ားကုိ သိႏိုင္ျခင္းတုိ႔အျပင္ Process အတြင္း၌ ျဖစ္ေပၚေနေသာfault မ်ားကုိသိရိွႏုိင္သည္။
Control application မ်ားအတြက္ လုိအပ္သည့္ ခက္ခဲေသာတြက္ခ်က္မွဳ (Complex calculation) မ်ားျဖစ္ေသာ gauging ၊ balancing ႏွင့္ statistical computation မ်ားကုိလည္း PLC က တြက္ခ်က္ေပး ႏုိင္သည္။
Data handling ႏွင့္ manipulation instruction မ်ားလည္းပုိ၌ တုိးတက္ေကာင္းမြန္လာသည္။ Data မ်ားသိမ္းဆည္းျခင္း (storage) ၊ tracking လုပ္ျခင္း၊ အလြန္မ်ားသည့္ Data မ်ားကုိ retrieve လုပ္ျခင္း စသည့္ data acquisition လုပ္ငန္းမ်ားကုိလည္း ပုိ၍ ေကာင္းမြန္စြာလုပ္ႏုိင္လာၿပီျဖစ္သည္။
PLC မ်ားသည္ လုံးဝျပည့္စုံဖြံ႕ၿဖိဳးၿပီးေသာ Control System မ်ားအျဖစ္ ရပ္တည္ေနႏုိင္ၿပီျဖစ္သည္။ ထင္ထားသည္ထက္ပုိမ်ားသည့္ စြမ္းေဆာင္ရည္မ်ားကုိ ေပးႏုိင္သည္။ PLC မ်ားသည္ တျခားေသာ Control System (PLC မဟုတ္သည့္) ႏွင့္ဆက္သြယ္ႏုိင္သည္။ (Communicate လုပ္ႏုိင္သည္။) ကုန္ထုတ္လုပ္မွဳလုပ္ငန္းမ်ားအတြက္ Schedule ေရးဆဲြႏုိင္ျခင္း (scheduling production) ၊ PLC မ်ား failure ျဖစ္ေနျခင္းကုိျပန္သိႏိုင္ျခင္း၊ စက္မ်ားပ်က္ေနျခင္း (သုိ႔) Process မ်ားပုံမမွန္ျဖစ္ေနျခင္းကုိ သိႏိုင္ျခင္းတုိ႔ျဖစ္သည္။ ထုိ႔ေၾကာင့္ PLC မ်ားသည္ ယေန႔စက္မႈလုပ္ငန္းမ်ား၏ ေတာင္းဆုိခ်က္ျဖစ္ေသာ အရည္အေသြးၿမင့္မား(High quality) ေအာင္ ႏွင့္ ကုန္ထုတ္စြမ္းအားၿမင့္မား (High productivity) ေအာင္ေဆာင္ရြက္ေပးႏုိင္သည္။

၁-၃ Principle of Operation
ပုံ 1-5 တြင္ျပထားသည့္အတုိင္း PLC တစ္ခု၌ အပုိင္း ၂ ပုိင္း ပါဝင္သည္။
    (က) Central processing unit ႏွင့္
    (ခ) Input/output interface system တို႕ၿဖစ္သည္။

 Central Processing Unit (CPU) သည္ PLC ၏လုပ္ေဆာင္မႈမွန္သမွ် အားလုံးကုိ ထိန္းခ်ဳပ္ ထားသည္။ ပုံ 1-6 တြင္ CPU တစ္ခု၌ ပါရိွေသာ Component (၃) ခုကုိေဖာ္ျပထားသည္။

    (၁) Processor
    (၂) Memory ႏွင့္
    (၃) Power supply တုိ႔ျဖစ္သည္။

PLC တစ္ခု၏ အလုပ္လုပ္ပုံ (operation) မွာ အလြန္ရွင္းလင္းသည္။
Field device မ်ားႏွင့္ PLC ရိွ Input/output (I/O) System ကို ဝုိင္ယာႀကိဳးမ်ား ျဖင့္ ခ်ိတ္ဆက္ (Connect) ထားသည္။ Field device မ်ားသည္ စက္အစိတ္အပုိင္းမ်ား သို႕မဟုတ္ process တစ္ခု၌ ရိွေသာ sensor ႏွင့္ actuator မ်ားျဖစ္ၾကသည္။
Field device မ်ားသည္ limit switch မ်ား၊ pressure traduce မ်ား၊ push button မ်ား၊ motor starter မ်ား၊ Solenoid စသည့္ discrete device မ်ား သို႔မဟုတ္ Analog input/output device မ်ားျဖစ္ၾကသည္။

I/O interface သည္ CPU ႏွင့္ Input (information provider) information ပုိ႔ေပးသည့္ input ႏွင့္ Controllable Device မ်ားျဖစ္သည့္ Output တုိ႔အၾကားတြင္ အျပန္အလွန္ဆက္သြယ္ႏိုင္ေအာင္ ၾကားခံအျဖစ္ ေဆာင္ရြက္ေပးသည္။

Operation လုပ္ေနစဥ္ CPU သည္ ေအာက္ပါလုပ္ငန္း ၃ မ်ိဳးကုိ ေဆာင္ရြက္ေပးသည္။

(၁) Field device မွ input data ကုိလက္ခံသည္။ သုိ႔မဟုတ္ data ကုိ input interface မွတဆင့္ လွမ္းဖတ္သည္။
(၂) Memory ထဲ၌ ထည့္ၿပီး သိမ္းဆည္းထားသည့္ instruction မ်ား ( Control program) အတုိင္း လုိအပ္သည့္ control action မ်ားကို ေဆာင္ရြက္သည္။ execute လုပ္သည္။ perform လုပ္သည္။
(၃) Output interface မွတဆင့္ output device ဆီသုိ႔ output signal ထုတ္ေပးသည္။ write လုပ္သည္။ update လုပ္သည္။ ထုိကဲ့သုိ႔ စနစ္တက် အစီအစဥ္အတုိင္း input ဖတ္ျခင္း (reading) ၊ memory ထဲသုိ႔ program အတုိင္း execute လုပ္ျခင္းႏွင့္ output update လုပ္ျခင္းကုိ “Scanning ” လုပ္သည္ဟုေခၚဆုိသည္။

ပုံ 1-7 တြင္ Scan တစ္ခု ျဖစ္ပုံကုိ ဂရပ္ပုံျဖင့္ ေဖာ္ျပထားသည္။

ပုံ 1-8 တြင္ field device မ်ားကို controller ႏွင့္ ခ်ိတ္ဆက္ကာ input/output system တစ္ခု ျဖစ္ေပၚလာပုံကုိ ေဖာ္ျပထားသည္။
Interface အလုပ္မွာ external device မ်ားထံမွ ရရိွေသာ အမ်ိဳးမ်ိဳးေသာ signal မ်ားႏွင့္ external device သုိ႔ေပးပုိ႔ေသာ အမ်ိဳးမ်ိဳးေသာ Signal မ်ားကုိ ျပဳျပင္စီမံျခင္း (Conditioning လုပ္ျခင္း ) ျဖစ္သည္။ Push button ၊ limit switch ၊ Analog sensor ၊ Selector switch ႏွင့္ thumb wheel switche မ်ားသည္ input interface ရွိ terminal ၌ ဝါယာႀကိဳးမ်ားျဖင့္ ခ်ိတ္ဆက္ ၾကသည္။ ထုိ device မ်ား လက္ခံရရိွသည့္ data မ်ားကုိ incoming Signal ဟုေခၚဆုိသည္။ control လုပ္ျခင္းခံရမည့္ motor starterမ်ား၊ solenoid valve မ်ား၊ Pilot light မ်ားႏွင့္ Position Valve မ်ား၊ စသည္တုိ့သည္ output interface ရွိ terminal မ်ား၌ ဝါယာႀကိဳးမ်ားျဖင့္ခ်ိတ္ဆက္ထားသည္။ System power supply သည္ လုိအပ္ေသာ power ကုိ လုံေလာက္ေအာင္ ပံ့ပုိးေပးသည္။

Programming device မ်ားျဖစ္သည့္ Personal computer (သုိ႔) miniprogramming unit တုိ႔ကုိ PLC ၏အစိတ္အပုိင္းတစ္ခုအျဖစ္ မသတ္မွတ္ေပ။ သို႔ေသာ္ထုိ Programming device မ်ားသည္ PLC memory အတြင္းသို႔ program မ်ားထည့္သြင္းရန္အတြက္လုိအပ္သည္။ PLC အတြင္းသုိ႔ control program မ်ား ထည့္သြင္းရန္၊ Monitor လုပ္ရန္အတြက္ PLC ႏွင့္ Programming device တုိ႔ကုိ ခ်ိတ္ဆက္ (connect) ထားရန္လုိသည္။
အခန္း ၄ ႏွင့္ ၅ တြင္ CPU ႏွင့္ input/output interface တုိ႔အျပန္အလွန္ လုပ္ကုိင္ေဆာင္ရြက္ပုံကုိ ေဖာ္ျပထားသည္။ အခန္း၆၊ ရ ႏွင့္ ၈ တုိ႔တြင္ Input/output system မ်ားအေၾကာင္းကုိေဖာ္ျပထားသည္။
၁.၄ PLCs မ်ားႏွင့္ Other Types of Controls
၁.၄.၁ PLC ႏွင့္ Relay control
လြန္ခဲ့သည့္ႏွစ္မ်ားစြာက အင္ဂ်င္နီယာမ်ား၊ မန္ေနဂ်ာမ်ားႏွင့္ ထုတ္လုပ္သူမ်ား ေမးေလ့ရိွသည့္ ေမးခြန္းတစ္ခုမွာ PLC ကုိ အသုံးျပဳရန္သင့္မသင့္ ျဖစ္သည္။ PLC ႏွင့္ Relay Control တုိ႔၏ ေစ်းႏႈန္းနုိင္းယွဥ္ၿခင္း ႏွင့္ အက်ိဳးရိွမရိွ ကုိေလ့လာဆန္းစစ္ကာ အခ်ိန္ကုန္ခဲ့ၾကသည္။ ယေန႔ထက္တုိင္ အခ်ိဳ႕ေသာ Control System ဒီဇုိင္နာမ်ားက စဥ္းစားေနၾကဆဲျဖစ္သည္။
ယေန႔လုိအပ္ခ်က္ျဖစ္သည့္ High quality ႏွင့္ High Productivity ရရိွေအာင္ PLCမ်ား က ေဆာင္ရြက္ ေပးႏုိင္သည္။ ယေန႔အခ်ိန္တြင္ PLC မ်ား၏ ေစ်းႏႈန္းသည္ အလြန္က်ဆင္းလာေသာေၾကာင့္ PLC ႏွင့္ relayတုိ႔၏ ေစ်းႏႈန္းကုိ ႏိႈင္းယွဥ္ရန္ မလုိအပ္ေတာ့ေပ။ PLC မ်ား၌ အားသာခ်က္ မ်ားစြာရိွသည္။ PLC based System ႏွင့္ hardwired relay system ကုိေရြးခ်ယ္ရန္အတြက္ Designer မ်ားသည္ ေအာက္ပါ ေမးခြန္းမ်ားစြာကုိ ေမးျမန္းရန္လုိအပ္သည္။

    (က) အသုံးျပဳသည့္ Control logic သည္ မၾကခဏျပဳျပင္ေျပာင္းလဲရန္ လုိအပ္မႈရိွ မရိွ ၊
    (ခ) High reliability လုိအပ္ျခင္းရိွ မရိွ ၊
    (ဂ) ရသည့္ေနရာ အက်ယ္အဝန္းသည္ အဓိကက်မက် ၊
    (ဃ) ေနာင္တခ်ိန္တြင္ ပိုၿမင့္မားသည့္ စြမ္းေဆာာင္ရည္ လုိအပ္နုိင္မႈ ရိွမရိွ ၊
    (င) အခ်ိန္ခဏအတြင္း control logic တစ္ခုလုံးကုိ ျပဳျပင္ရန္လုိအပ္မႈ ရိွမရိွ ၊
    (စ) တူညီသည့္ control logic တစ္မ်ိဳးကုိ အျခားေသာ စက္မ်ားတြင္ အသုံးျပဳရန္ လုိအပ္မႈ ရိွမရိွ ၊
    (ဆ) ေနာက္တခ်ိန္တြင္ ထပ္မံတုိးခ်ဲ႕ရန္လုိအပ္မႈ ရိွမရိွ ႏွင့္
    (ဇ) စုစုေပါင္း ကုန္က်စရိတ္ တုိ့ၿဖစ္သည္။

ပုံ 1-10 တြင္ျပထားသည့္အတုိင္း PLC ကုိအသုံးျပဳ ျခင္းျဖင့္ ေနရာက်ဥ္းက်ဥ္း၌ သပ္ရပ္သန္႕ရွင္းသည့္
control panel တစ္ခုသာလုိသည္။ Relay မ်ားကုိ အသုံးျပဳပါက အလြန္ႀကီးမားၿပီး ဝါယာႀကိဳးမ်ား
ရႈပ္ေထြးေနသည့္ အလြန္ႀကီးမားသည့္ Control panel တစ္ခုျပဳလုပ္ရမည္။

Contol System တစ္ခုသည္ ခဏအတြင္းလုိအပ္သလုိေၿပာင္းလဲရန္ (flexibility) (သို႔) future growth (ေနာင္တခ်ိန္တြင္ တုိးခဲ်႕ရန္လုိအပ္လွ်င္) PLC ကုိအသုံးျပဳသင့္သည္။ မၾကာခဏ Control logic ျပဳျပင္ေျပာင္းလဲရန္လုိပါက PLC ကုိအသုံးျပဳသင့္သည္။
အလြန္တုိေတာင္းသည့္ cycle time (သုိ႔) အလြန္ျမန္သည့္ scan time ရိွရန္လုိအပ္လွ်င္ relay ကုိအသုံးျပဳသင့္သည္။Relay Control၏အစပုိင္း ကုန္က်စရိတ္မွ နည္းႏုိင္သည္။ သုိ႔ေသာ္ ပ်က္ႏႈန္းအလြန္မ်ားၿပီး၊ ပ်က္လွ်င္ Down time အလြန္ၾကာ ေသာေၾကာင့္ ဝင္ေငြဆုံးရံႈးႏုိင္သည္။
ေကာင္းထက္ညြန့္