راهنمای کامل انتخاب، خرید و نصب باتری PLC

کنترل‌گر منطقی برنامه‌پذیر (Programmable Logic Controller: PLC) رایانه‌های سبک وزنی هستند که برای خودکارسازی فرآیندهای صنعتی مثل تصفیه خانه‌های فاضلاب، کارخانه‌های فرآوری سنگ معدن و خطوط مونتاژ کارخانه‌های تولیدی استفاده می‌شوند. کنترل‌گرها طوری طراحی شده‌اند که بتوانند تصمیمات منطقی را در زمینه کاربردهای مختلف کنترل الکترومکانیکی انجام دهند و در محیط‌های صنعتی خشن مثل دماهای بسیار پایین یا بالا و شرایط پر گرد و غبار به طور قابل اعتماد عمل کنند. همچنین، PLCها قادر به خودکارسازی کل خط تولید یا عملکرد دستگاه‌ها یا فرآیندهای خاص هستند.

همه کنترل‌گرهای منطقی قابل برنامه‌ریزی از چهار جزء اصلی تشکیل شده‌اند: بخش پردازشگر، بخش ورودی/خروجی(I/O)، بخش برنامه نویسی و باتری + منبع تغذیه. منبع تغذیه PLC سطوح ولتاژ مناسب مورد نیاز برای برق رسانی به PLC و اجزای داخلی آن را فراهم می‌کند. این کار را با تبدیل یک خط ولتاژ، عمدتاً ۱۲۰ یا ۲۴۰ ولت جریان متناوب (AC)، به جریان مستقیم مورد نیاز (DC) و معمولاً جریان مستقیم ۲۴ ولتی انجام می‌دهد. منبع تغذیه شامل یک ترانسفورماتور کاهندهء ولتاژ خط و یک یکسو کننده است که آن را به جریان مستقیم تبدیل می‌کند. این واحد همچنین دارای خازن‌هایی است که جریان مستقیم را فیلتر می‌کند تا از تامین ثابت ولتاژ خروجی بدون نویز الکتریکی و افزایش ناگهانی ولتاژ اطمینان حاصل کند. منبع تغذیه اصلی برای کنترل‌گر که از یک باتری پشتیبان (بک‌آپ) PLC تشکیل شده، اجزای آن، همان منبع اصلی برق است. در برخی از مدل های PLC، منبع تغذیه اصلی، باتری داخلی را که مستقیماً به برد CPU PLC متصل است، شارژ می‌کند.

چرا PLC به باتری نیاز دارد؟

تنظیمات پیکربندی PLC، نقاط تنظیم فرآیند، منطق و ساعت واقعی آن در EPROM (حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی قابل پاک کردن) ذخیره می‌شوند و باتری EPROM را تغذیه می‌کنند. در صورتی که منبع تغذیه PLC بخاطر خاموش شدن قادر به نگهداری حافظه دستگاه نباشد یا برق قطع باشد؛ باتری به تغذیه EPROM ادامه می‌دهد. به همین دلیل است که آن را باتری پشتیبان (بک‌آپ)، باتری RTC، باتری پردازنده یا باتری حافظه رَم هم می‌نامند. بنابراین، می‌شود گفت باتری PLC انرژی لازم برای حفظ محتویات حافظه غیرفرار پردازنده را در صورت قطع برق یا زمانی که دستگاه برای تعمیر و نگهداری یا تغییر مکان خاموش می‌شود، فراهم می‌کند.

اگر باتری PLC یک مجموعه خازن باشد، در صورت قطع برق از مقادیر موجود حافظه به طور خودکار بکاپ می‌گیرد و موقع بازیابی منبع تغذیه PLC، PLC حالت عملکرد را با مقادیر برنامه و پیکربندی که قبل از قطع برق وجود داشت، برمی‌گرداند. مجموعه خازن باتری معمولاً می‌تواند تا ۷۲ ساعت بعد از قطع برق از حافظه بکاپ بگیرد. اما وقتی PLC دارای باتری لیتیومی باشد، حداکثر می‌تواند با خیال راحت تا ۵ سال از اطلاعات حافظه بکاپ بگیرد. به طور کلی، باتری PLC برای جلوگیری از خراب شدن حافظه و منطق نرم افزار برنامه ریزی شده در هنگام قطع برق استفاده می‌شود. بنابراین، باتری های PLC باید به طور منظم بررسی و نگهداری شوند تا اطمینان حاصل شود که ولتاژشان هماهنگ با مقادیر توصیه شده است.

انواع رایج باتری PLC

به طور معمول، سیستم PLC از باتری‌های لیتیوم یون یا باتری لیتیومی استفاده می‌کند. باتری‌های لیتیوم-تیونیل کلراید رایج‌ترین نوع باتری‌هایی هستند که برای پشتیبان گیری برق PLC بکار می‌روند؛ چون برای کاربردهای جریان کم خیلی مناسب‌اند و برای باتری PLC خدمات طولانی ارائه می‌دهند. همچنین، انواع ولتاژ باتری‌های PLC که اغلب مورد استفاده قرار می‌گیرند، ۳.۰ ولت DC و ۳.۶ VDC هستند، اگرچه می‌شود با اتصال چند باتری به صورت سری به ولتاژ بالاتری رسید. دو نوع متداول ولتاژ باتری PLC عبارتند از: باتری پشتیبان ۳.۶ ولتی لیتیوم PLC و باتری لیتیومی سکه ای ۳.۰ ولتی.

دوام باتری PLC

با توجه به اینکه PLC از مجموعه باتری خازنی یا لیتیومی استفاده می‌کند، بعضی از آنها قابل شارژ نیستند در حالی که بعضی دیگر قابلیت شارژ دارند. باتری PLC متوسط از نوع لیتیومی بسته به نوع پردازنده مورد استفاده، شرایط محیطی کار و میزان مصرفش می‌تواند عمر مفیدی بین ۲ تا ۵ سال داشته باشد. به عنوان مثال، یک باتری لیتیومی ۳.۰ VDC روی برد می‌تواند پشتیبان CPU PLC را در طول یک قطع برق چند ساعت یا چند روزه فراهم کند و بعد از آن به طور کامل دشارژ می‌شود.

عوامل موثر بر عمر باتری PLC

• قطعی برق مکرر
• دمای عملیاتی بالا
• خاموش کردن دستگاه برای مدت طولانی
• عمر دستگاه

برای جلوگیری از مشکلاتی مانند نشت الکترولیت، توصیه می‌شود باتری PLC را هر۳-۲ سال یکبار تعویض کنید. همچنین با توجه به اثرات منفی عوامل ذکر شده بر طول عمر باتری‌های PLC، هنگام تعیین زمان تعویض باتری‌ها باید وضعیت سیستم PLC خود را هم در نظر بگیرید.

اگر باتری PLC خراب شود چه اتفاقی می‌افتد؟

همانطور که قبلا ذکر شد، کنترل‌گرهایی که فرآیندهای تولید یا ماشین‌آلات را کنترل می‌کنند، اغلب در حافظه غیرفرار و یا در حافظه باتری پشتیبانی ذخیره می‌شوند. یک سیستم PLC می‌تواند به طور معمول حتی با باتری معیوب یا تخلیه شده به کار خود ادامه دهد، همچنین، در چنین حالتی تا زمانی که منبع تغذیه اصلی روشن بماند و خاموش نشود، این برنامه‌ها از بین نخواهند رفت.

با این حال، وقتی برق یا منبع تغذیه PLC قطع و باتری خالی می‌شود، کل منطق نرم افزار برنامه ریزی شده و تنظیمات پیکربندی PLC از بین می‌رود. این باعث می‌شود که به دنبال پشتیبان‌گیری از برنامه بگردید و سیستم PLC احتمالاً با قطع برق از سرویس خارج می‌شود. به همین دلیل توصیه می‌شود که به طور مرتب سطوح ولتاژ باتری PLC را بررسی کرده و قبل از خراب شدن یا اتمام عمر مفید ۵ ساله‌شان، آنها را تعویض کنید.

روش تعویض باتری PLC

باتری PLC موجود در ماژول CPU به دلایلی که در بخش قبل توضیح داده شد باید به طور دوره‌ای تعویض شود. اولین کاری که باید انجام دهید این است که با بررسی وضعیت باتری PLC خود تعیین کنید که آیا واقعا باتری PLC باید جایگزین شود. عیب‌یابی برای تشخیص انواع خرابی‌های مربوط به اجزای مختلف سیستم PLC مثل ماژول‌های CPU و I/O طراحی شده است.

CPU خطاهای غیر بحرانی را نشان می‌دهد که البته مانع از رفتن CPU به Run Mode یا از Run Mode به Stop Mode نمی‌شود. همچنین، PLC ها دارای برچسب‌های سیستمی در برنامه کاربردی خود هستند که برای تشخیص وقوع خطاهای غیر بحرانی استفاده می‌شود. “ولتاژ پایین باتری پشتیبان” نمونه‌ای از خطاهای غیر بحرانی است که در چنین حالتی، سیستم PLC از طریق یک LED BATT واقع در ماژول CPU هشدار می‌دهد.

معمولاً وقتی ولتاژ باتری زیر آستانه حد پایین است، LED باتری (BATT) روی CPU سوسو می‌زند یا زرد یا قرمز می‌شود و وقتی باتری خوب است (زمانی که ولتاژ آن بالاتر از آستانه حد پایین‌ است) LED BATT خاموش می‌شود. با این حال، به سختی می‌شود متوجه روشن بودن LED BATT شد، چون در بیشتر موارد این LED در داخل کشو یا کابینت کنترلر قفل شده و بنابراین، تنظیم یک برنامه تعمیر و نگهداری معمول برای بررسی وضعیت باتری خیلی ضروری است:

۱) بررسی وضعیت باتری PLC

وقتی در حال انجام بررسی معمولی وضعیت باتری هستید، این مراحل دنبال می‌شوند:

• ابتدا کابینت یا کشو کنترلر سیستم را از قفسه محرک بیرون بکشید.
• برای آشکار کردن ماژول CPU، پوشش کابینت کنترل کننده سیستم را بردارید.
• وجود زنگ هشدار BATT LED قرمز یا زرد یا سوسوزن را در ماژول CPU PLC بررسی کنید.
• اگر LED هشدار BATT “روشن” (فعال) است، اقدام به تعویض باتری PLC خود کنید.

توجه: همانطور که قبلا ذکر شد، هشدار BATT LED زمانی فعال می‌شود که ولتاژ باتری PLC کمتر از حد آستانهء پایین باشد. اما مقادیر آستانه بسته به نوع باتری PLC مورد استفاده متفاوت است.

ب) تعویض باتری PLC

وقتی ولتاژ باتری PLC کمتر از آستانهء پایین و LED BATT قرمز است، باید باتری تعویض شود. این تعویض می‌تواند به عنوان یک روش معمول تعمیر و نگهداری پیشگیرانه یا زمانی که عمر باتری به پایان رسیده، هم انجام شود.

بعضی از PLC ها نیاز دارند که باتری زمانی که منبع تغذیه هنوز روشن است تعویض شود، در حالی که برای بعضی دیگر می‌شود ماژول PLC را از دستگاه جدا و باتری را تعویض کرد. این بستگی به ساخت PLC و نحوه پشتیبان گیری از حافظه پردازنده دارد. بنابراین لازم است دفترچه نهایی راهنمای کاربر ارائه شده توسط سازنده سیستم PLC را بخوانید تا بفهمید که چگونه پشتیبان‌گیری از حافظه انجام می‌شود و آیا موقع تعویض باتری نیاز به قطع برق دارید یا خیر.

در بیشتر موارد باتری PLC با دستگاه روشن تعویض می‌شود، بدان معنا که منطق برنامه نویسی و تنظیمات PLC را از دست نخواهید داد.

مراحل تعویض باتری PLC

• ابتدا باتری PLC را روی ماژول CPU قرار دهید. اگر باتری در جلوی ماژول قرار دارد و می‌توانید به راحتی آن را جدا کنید، پس دستگاه را روشن بگذارید و PLC را به برق وصل کنید.
• دوم، اگر نمی‌توانید باتری را بدون برداشتن ماژول CPU پیدا کنید، پس باید منبع تغذیه PLC را از برق بکشید، بدان معنا که PLC نیاز به پیکربندی و برنامه ریزی مجدد دارد. اما برای PLCهایی که برای پشتیبان گیری برنامه نیازی به باتری ندارند، مثل مواردی که از ابرخازن‌ها برای پشتیبان گیری حافظه استفاده می‌شود، می‌توانید منبع تغذیه PLC را بدون از دست دادن حافظه برنامه و تنظیمات دستگاه جدا کنید.
• سوم، گیره‌های نگهدارنده را در پایین و بالای ماژول CPU فشار دهید تا باتری آزاد شود و آن را بیرون بکشید. اگر باتری در جلوی ماژول CPU (پردازنده) قرار دارد، ممکن است این مرحله لازم نباشد، فقط کافیست که کابینت کنترل قفل شده را باز و کانکتورهای باتری را با احتیاط از دستگاه خارج کنید.
• باتری PLC جایگزین را بررسی کنید تا مطمئن شوید که از نظر ولتاژ و جریان، اندازه، و همچنین سازگاری با باتری اصلی شما یکسان است.
• کانکتورهای باتری جدید را به سوکت خاص وصل و به کمک گیره‌های نگهدارنده محکم کنید. سپس، ماژول CPU را محکم به شاسی خود برگردانید تا زمانی که گیره‌های نگهدارنده درگیر شوند و بعد منبع تغذیه را به سیستم PLC بازگردانید. اما اگر با تعویض باتری هنوز منبع تغذیه وصل بود و ماژول CPU را خارج نکرده بودید، دیگر نیازی به بازیابی برق ندارید. این موردی است که باتری PLC در جلوی ماژول پردازنده قرار دارد.
• در نهایت، مطمئن شوید که باتری قدیمی PLC را به درستی دور بیندازید. برای دور انداختن باتری‌های آسیب‌دیده از نوع لیتیوم یا باتری‌هایی که الکترولیت آن‌ها نشت می‌کند، توصیه می‌شود از دو کیسه پلی‌اتیلن مهر و موم شده با ۱ اونس کربنات کلسیم استفاده کنید.

روش تست کردن ولتاژ باتری PLC

انجام اندازه گیری‌های معمول ولتاژ باتری‌های PLC خیلی ضروری است، چون این ولتاژها باید در مقادیر توصیه شده (بالاتر از آستانهء حد پایین) حفظ شوند. همچنین، در بعضی موارد، ممکن است با وجود جایگزین کردن باتری PLC قدیمی با یک باتری جدید، و گرچه تنظیمات برنامه و پیکربندی هنوز در RAM باقی مانده LED BATT در ماژول CPU همچنان قرمز یا زرد باشد. برای این مورد باید ولتاژ باتری PLC را به عنوان بخشی از فرآیند عیب یابی و تشخیص آزمایش کنید. مولتی متر دیجیتال یا ولت متر برای تست ولتاژ باتری PLC استفاده می‌شود.

مولتی مترهای دیجیتال عمدتاً بر ولت متر ترجیح داده می‌شوند چون ابزارهایی چند منظوره‌ و دارای ویژگی‌های مشابه ولت متر هستند که همچنین می‌توانند به طور مستقیم پارامترهای دیگر مثل جریان، فرکانس، مقاومت و ظرفیت را اندازه گیری کنند. آنها همچنین چون قرائت‌های دیجیتالی را بر روی صفحه نمایش LCD یا LED نمایش می‌دهند، باعث می‌شوند که بتوان اندازه گیری‌های خیلی دقیق‌تری انجام داد. علاوه بر این، به دلیل مقاومت بالاتر از ۱۰-۱ میکرو اهم، آنها می‌توانند ولتاژ را بهتر اندازه گیری کنند.

مراحل تست ولتاژ باتری PLC با مولتی‌متر

• ابتدا باتری PLC را روی ماژول CPU قرار داده و آن را خارج کنید. اگر نمی‌شود باتری را بدون وصل کردن ماژول پردازنده جدا کرد، شاید لازم باشد منبع تغذیه را خاموش کنید. همچنین، اگر باتری که می‌خواهید از نظر ولتاژ آزمایش کنید، نو است و هنوز روی ماژول CPU نصب نشده، این مرحله ضروری نیست.
• موقع خارج کردن باتری، ولتاژ آن را که روی برچسبش یا در دفترچه راهنمای کاربر ارائه شده بررسی کنید.
• مولتی متر خود را روشن کنید و آن را روی تنظیم ولت DC نگه دارید. این تنظیم ممکن است با DCV یا فقط V نشان داده شود و به دنبال آن یک خط مستقیم با ۳ نقطه در زیرش وجود دارد. در ولتاژ DC (DCV)، محدوده‌های مختلفی مثل 2Mv, 2V,20V, 200V و غیره وجود خواهد داشت. در چنین حالتی، تنظیم DCV را روی ولت بالاتر از درجه ولتاژ واقعی باتری PLC خود نگه دارید. توصیه می‌شود بسته به نوع مولتی متر خود از تنظیم ۵ یا ۱۰ یا ۲۰ ولت استفاده کنید. همچنین، در مولتی متر خود نشانه‌ای از ACV یا فقط V همراه با یک خط منحنی می‌بینید که به معنای ولتاژ AC است. موقع تست ولتاژ باتری PLC نباید از این تنظیم بر روی مولتی متر خود استفاده کنید، چون همه باتری‌ها با ولتاژ DC کار می‌کنند.
• بعد از تنظیم مولتی متر، باتری PLC را طوری قرار دهید که کانکتورهایش نزدیک شما یا پایانه‌هایش رو به شما باشد. نوک پروب قرمز رنگ مولتی متر را روی ترمینال “+” یا روی کانکتور قرمز باتری قرار دهید. بعد نوک پروب مشکی مولتی متر را روی ترمینال “-” یا کانکتور سیاه (یا آبی) باتری قرار دهید.
• دو کاوشگر را همانطور که در مرحله 4 توضیح داده شد در جای خود نگه دارید تا زمانی که یک قرائت ثابت را روی صفحه کنتور مشاهده کنید. حالا، بدون تداخل با موقعیت پروب‌ها، خوانش‌ها را یادداشت کنید.

اگر قرائت کنتور برای باتری  VDC ۳.۰، ۳.۰ یا بالاتر و برای باتری با ولتاژ   VDC ۳.۶، ۳.۶-۳.۷ ولت باشد، یعنی باتری PLC شما کاملاً شارژ شده و هنوز در شرایط عالیست. همچنین، اگر کنتور بین ۲.۵ -۲.۰ ولت برای باتری ۳.۰ ولتی، یا ۲.۹-۲.۴ ولت برای باتری ۳.۶ VDC نشان می‌دهد، باتری PLC شما کارایی دارد و می‌تواند کمی بیشتر دوام بیاورد. با این حال، هر خوانشی کمتر از ۲.۰ ولت برای باتری ۳.۰ VDC و کمتر از ۲.۴ ولت برای باتری ۳.۶ VDC، نشان می‌دهد که باید یک باتری جدید تهیه کنید، چون ولتاژ باتری فعلی زیر آستانهء پایین است و عملکردی ندارد.

در نتیجه، باتری PLC یکی از اجزای ضروری سیستم PLC است چون انرژی پشتیبان را برای حافظه غیر فرار پردازنده فراهم می‌کند و مانع از دست رفتن منطق نرم افزار برنامه ریزی شده و پیکربندی PLC در وقوع قطع برق می‌شود. بنابراین، روش‌های معمول تعمیر و نگهداری باتری مثل بررسی منظم وضعیت ولتاژ آن از طریق LED BATT روی ماژول CPU و همچنین آزمایش معمول ولتاژ آن خیلی خیلی توصیه می‌شود، چون به شما کمک می‌کند بفهمید که باتری PLC چه زمانی باید جایگزین شود (مدت‌ها قبل از تخلیه آن)

خرید باتری PLC

برای انتخاب و خرید باتری PLC علاوه بر نوع، باید به ویژگی‌های باتری های پشتیبان PLC مانند ولتاژ، ظرفیت، کانکتور و نصب آن ها نیز توجه کنید. ولتاژ باتری باید با ولتاژ مورد نیاز PLC مطابقت داشته باشد، معمولا بین 3 و 6 ولت. ظرفیت باتری نشان می‌دهد که در صورت قطع برق چه مدت می تواند PLC را تغذیه کند که معمولاً بر حسب میلی آمپر ساعت (mAh) اندازه‌گیری می‌شود. هرچه ظرفیت باتری بالاتر باشد، زمان پشتیبانی طولانی‌تر است، اما باتری بزرگ‌تر و سنگین‌تر است.

کانکتور باتری باید مستقیماً یا از طریق کابل با کانکتور PLC مطابقت داشته باشد. نصب باتری به نحوه اتصال آن به PLC چه در داخل و چه از خارج اشاره دارد. باتری‌های داخلی فشرده‌تر و محافظت‌شده‌تر هستند، اما دسترسی و تعویض آنها سخت‌تر است. باتری‌های خارجی راحت‌تر و انعطاف‌پذیرتر هستند، اما به فضای بیشتری نیاز دارند و سیم‌کشی بیشتری دارند.

منبع: DOsupply