هوشمند سازی ساختمان با PLC

در سال‌های 1900 تا 1995، اتوماسیون با استفاده از مدارهای الکترومکانیکی بسیار پیچیده انجام می‌شد. تعداد رله‌ها و سیم‌های استفاده شده و فضای اشغالی به قدری زیاد بود که حتی برای یک اتوماسیون ساده هم مشکل‌ساز می‌شد. به طور مثال برای خودکارسازی یک فرایند ساده در کارخانه، نیاز به هزاران رله بود! فاجعه زمانی رخ می‌داد که یک جز کوچک در مدار منطقی نیاز به تغییر داشت.

برای حل مشکلات گفته شده نیاز به دستگاهی کوچک بود که پیچیدگی مدار رله را نداشته باشد، قابل برنامه ریزی باشد و بتواند شمای مدارهای کنترلی را تقلید کند.

کنترل‌گر منطقی برنامه پذیر (PLC) یک کامپیوتر کوچک صنعتی است. این کامپیوتر متشکل از ماژول‌هایی است که به منظور خودکار کردن فرایندهای کنترل طراحی شده‌اند. معمولا از PLC در کارخانه و برای کنترل ماشین‌های مختلف مانند پمپ‌ها، فن‌ها و … استفاده می‌شود. اما داشتن قابلیت برنامه‌ریزی PLC ها باعث شده که در هوشمند سازی ساختمان‌ها هم مورد استفاده قرار بگیرند.

برای آن که بتوانیم نقش PLC در هوشمند سازی ساختمان را بررسی کنیم، لازم است به طور مختصر توضیح دهیم که PLC ها چه ساختاری دارند و چگونه کار می‌کنند.

ساختار و نحوه عملکرد PLC

ساختار PLC مانند هر رایانه دیگر است. هر PLC از اجزای زیادی تشکیل شده است که می‌توان بیشتر آن‌ها را در یکی از چهار دسته زیر قرار داد:
1- پردازنده (CPU)
2- ورودی‌ها
3- خروجی‌ها
4- منبع تغذیه
ورودی‌ها و خروجی‌ها می‌توانند دیجیتال یا آنالوگ (گسسته) باشند.

در یک PLC کوچک هر چهار بخش گفته شده در یک واحد قرار دارند. اما ممکن است در PLC های پیچیده‌تر، در دو یا چند واحد قرار بگیرند. به علاوه هر PLC، هر اندازه‌ای که داشته باشد، یک حافظه موقت به منظور انجام کارهای برنامه‌نویسی و یک حافظه دائم و غیر قابل تغییر دارد.

PLC ها کامپیوترهایی پیشرفته و پیچیده هستند، اما می‌توان نحوه عملکرد آن‌ها را به طور ساده بیان کرد. PLC ورودی را می‌گیرد، داخل پردازنده روی آن عملیات منطقی انجام می‌دهد و بسته به آن منطق، خروجی on یا off برمی‌گرداند. در سه مرحله کلی، عملکرد پردازنده در PLC به صورت زیر است:
1- CPU وضعیت فعلی ورودی را در نظر می‌گیرد. به عنوان مثال این وضعیت می‌تواند روشن بودن یک کلید، یا نیمه باز بودن یک شیر گاز باشد.
2- CPU اطلاعات مورد نیاز را از ورودی گرفته و روی آن بر اساس تنظیمات قبلی عملیات منطقی انجام ‌‌می‌دهد.
3- در این مرحله CPU نتیجه منطق اعمال شده روی ورودی را به عنوان خروجی باز میگرداند. به عنوان مثال کلید را روشن کرده یا شیر گاز را کامل می‌بندد.

 

مزایای هوشمند سازی ساختمان

هوشمند سازی ساختمان دارای مزایای بسیاری است در این بخش چند مزیت اصلی ساختمان هوشمند را مورد بررسی قرار می دهیم

1. مدیریت و کنترل خانه با هوشمند کردن ساختمان از طریق تلفن همراه یا دیگر دستگاه های هوشمند.
2. حداکثر امنیت برای ساختمان هوشمند
3. صرفه جویی در انرژی
4. کنترل بهتر بر روی عادت ها و رفتار های شخصی با کمک گرفتن از ابزار های خانه هوشمند

نقش PLC در هوشمند سازی ساختمان

در هوشمند سازی ساختمان از PLC به عنوان کنترل کننده استفاده می‌شود. هوشمند سازی ساختمان با PLC روشی مرسوم است که در آن PLC از طریق ورودی اطلاعاتی مانند دمای هوا، رطوبت و اطلاعات ضروری دیگر را می‌گیرد. سپس از طریق خروجی، فرمان‌ها و سیگنال‌های کنترلی را به بخش‌های مختلف سیستم یا دستگاه‌های تحت نظارت خود می‌فرستد.

کاربرد PLC در کنترل ساختمان هوشمند

با به کار گیری PLC، سیستم بدون نیاز به نگهداری خاص تا مدتی طولانی به کار خود ادامه می‌دهد. اگر نیاز به ارتقا یا تغییرات فنی سیستم باشد، PLC به راحتی و با چند تغییر ساده با شرایط جدید منطبق می‌شود. این در حالی است که در سیستم‌های مبتنی بر مدار رله، تغییرات بسیار دشوار و هزینه‌بر هستند. PLC فضای کمتری می‌گیرد و در عین حال انرژی کمتری مصرف میکند. به همین دلیل است که هوشمند سازی ساختمان با PLC روشی متداول است.

بخش‌های مختلفی از ساختمان را می‌توان به وسیله PLC هوشمند کرد. چند مورد از کاربردهای PLC در کنترل ساختمان هوشمند در ادامه آمده است:

سیستم امنیتی

یکی از کاربردهای PLC در ساختمان هوشمند، تامین امنیت آن است. به این منظور راه‌حل‌های زیر با استفاده از PLC طراحی و پیاده‌سازی می‌شوند.

سیستم قفل دیجیتالی اثر انگشت

ورودی این قفل دیجیتال، اثر انگشتی است که هنگام ورود اشخاص به ساختمان از طریق اسکنر روی قفل ضبط می‌شود. این ورودی به صورت یک رشته عددی در آمده و با داده‌های از قبل ذخیره شده که همان اثر انگشت‌های قابل اعتماد هستند، مقایسه می‌شود. خروجی این مرحله باز شدن درب یا اعلام هشدار ورود غیر مجاز است.

سیستمهای مغناطیسی

اساس کار سیستم‌های مغناطیسی، جاذبه حاصل از عبور جریان الکتریکی و خاصیت مغناطیسی آهن‌ربا است. به عنوان مثال یک قفل درب مغناطیسی را در نظر بگیرید. وضعیت آهنربا وصل شده به دو طرف در نسبت به یکدیگر ورودی PLC است. معمولا این سیستم‌ها چراغی برای هشدار دارند که نتیجه و خروجی تولید شده را نمایش می‌دهند.

سنسور لرزشی

معمولا از این سنسور برای پنجره‌ها یا ورودی‌های شیشه‌ای خانه استفاده می‌شود. به این ترتیب هر حرکت مشکوکی مورد پردازش قرار گرفته و در صورت نیاز به شما هشدار داده می‌شود.

سنسور فشاری

محرک این سنسور، فشار بیش از حد معمول است. معمولا این سنسور کف زمین و در قسمت‌هایی که احتمال رفت و آمد مشکوک بیشتر است کار گذاشته می‌شود.

سیستم سرمایشی و گرمایشی

اطلاعات مورد نیاز این سیستم توسط مرکز هواشناسی یا سنسورهای داخل و خارج خانه تامین می‌شود. نتیجه بررسی اطلاعات و انجام عملیات منطقی روی داده‌ها، روشن یا خاموش کردن سیستم سرمایش و گرمایش و مطبوع کردن دمای خانه است.

سیستم روشنایی

یک نوع هوشمند سازی سیستم روشنایی با استفاده از PLC این است که از فتوسل و سنسورهای مغناطیسی استفاده شود. در این صورت هرگاه در باز شود، در صورتی که فتوسل نصب شده میزان نور کافی دریافت نکند، چراغ روشن می‌شود.

از ترکیب سنسور فشار و فتوسل نیز می‌توان برای اتوماسیون روشنایی استفاده کرد. به این صورت که هنگامی که شخصی وارد می‌شود، سنسور فعال شده و باعث روشن شدن چراغ می‌شود.

سیستم اطفاء حریق

انواع مختلفی از ردیاب‌های دود و سنسورها به کار گرفته می‌شوند تا احتمال وقوع آتش‌سوزی یا خسارات ناشی از آن را تا حد امکان کاهش دهند. از PLC برای طراحی سیستم اطفاء حریق و ارسال هشدارهای لازم به صاحب ملک استفاده می‌شود.