الحاكمات المنطقية القابلة للبرمجة
Programmable logic controllers
P L C
ماهو الحاكم المنطقي المبرمج
nالحاكم المنطقي المبرمج ينتمي إلى عائلة الحاسوب و هو عبارة عن معالج دقيق يستخدم للتحكم في العمليات المختلفة مثل التحكم في الألات والتحكم في العمليات الصناعية المختلفة
nهذا الحاكم له القدرة على تخزين التعليمات لينفذ وظائف تحكم مثل التوقيت ، العد، معالجة البيانات ، الإزاحة ، الحساب و الإتصال للتحكم في الألات و العمليات الصناعية.
يبين الشكل التالي وحدة PLC
مميزات الـ PLC
nحجم صغير
nسهولة و سرعة في عمل التغيرات لنظام التحكم.
nنظام تحكم و كشف اخطاء متكامل.
nنظام مراقبة و توثيق فوري و مستمر .
nتكلفة منخفضة.
مكونات وحدة الـ PLC
تتكون وحدة الـ PLC من المكونات الرئيسية التالية:
nوحدة الدخل Input module
nوحدة المعالجة المركزية CPU
nوحدة الخرج Output module
nوحدة مصدر القدرة Power supply unit
nوحدة المشغل Operator unit
nجهاز البرمجة Progrmming device
يبين الشكل التالي مكونات وحدة الـ PLC
- •وحدة الدخل Input Module
nيتم توصيل وحدة الدخل بمجموعة من العناصر الفيزيائية مثل المفاتيح الكهربائية و المجسات و مقاييس الحرارة و الوزن و مجسات مستوى السوائل و غيرها حيث تقوم وحدة الدخل بإستقبال الأشارات التماثلية و الرقمية المرسلة من هذه العناصر و تقوم بتحويلها إلى إشارات منطقية يمكن ان تتعامل معها وحدة المعالجة المركزية.
- •وحدة المعالجة المركزية CPU
وهي عبارة عن معالج دقيق يحتوي على ذاكرة النظام وهي كذلك مركز اتخاذ القرارات لوحدة الـ PLC وتقوم بمايلي:
nأستقبال و معالجة الإشارات المنطقية المرسلة من وحدة الدخل
nإتخاذ القرارات المناسبة حسب التعليمات المخزنة في ذاكرة البرنامج.
nإصدار اوامر التحكم لوحدة الخرج حسب تعليمات البرنامج المخزنة في الذاكرة
nتقوم وحدة الـ CPU بعديد من العمليات مثل العد، التوقيت، مقارنة البيانات ، العمليات المتسلسلة و الإزاحة.
- •وحدة الذاكرة Memory unit
يوجد نوعين رئيسيين من الذاكرة في وحدة الـ PLC :
nالذاكرة العشوائية ( RAM ) وهي الذاكرة التي يمكن إدخال البيانات ( DATA) لها مباشرة من أي عنوان (Address). كما أنه يمكن كتابة وقراءة البيانات من هذه الذاكرة. وهي ذاكرة غير دائمة أي مؤقتة يعني هذا أن البيانات المخزنة فيها ستفقد في حالة فقد الطاقة الكهربية المشغلة لها و لذلك يتم تركيب بطارية لتجنب فقد البيانات في حالة فقد الطاقة الرئيسية المشغلة لها
nذاكرة القراءة فقط (ROM) وهي الذاكرة التي يمكن قراءة البيانات منها و لكن لا يمكن كتابة البيانات فيها. هذه الذاكرة تستخدم لحماية البيانات أو البرامج المخزنة فيها من المحو، و هي ذاكرة دائمة و هذا يعني أن البيانات المخزنة فيها لن تفقد في حالة فقد الطاقة الكهربائية. تنقسم هذه الذاكرة إلى:
nذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة و المسح (EPROM) و هي ذاكرة للقراءة فقط و لكن يمكن مسح البيانات منها وذلك بتعريضها للاشعة فوق البنفسجية لتصبح جاهزة لأستقبال بيانات جديدة بواسطة كاتب بيانات خاص بها.
nذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح و البرمجة إلكترونياً (EEPROM ) وهي كذلك ذاكرة للقراءة فقط و لكن يمكن ان يتم مسح البيانات المخزنة بها وذلك بوضعها على (صيغة عدم الحماية)
( Unprotected Mode) و من ثم إدخال بيانات جديدة لها.
- •وحدة الخرج Output Module
تقوم وحة الخرج بالوظائف التالية
nأستقبال تعليمات التحكم المنطقية المرسلة من وحدة CPU و تحويلها إلى إشارات رقمية أو تماثلية يمكن أستخذامها للتحكم في مجموعة منوعة من الأجهزة ( مشغلات )
- •جهاز البرمجةProgramming device
يستخدم جهاز البرمجة في مايلي
nيتم كتابة البرنامج فيه.
nيتم بواسطته نقل البرنامج إلى وحدة الـPLC.
- •وحدة المشغل Operator unit
تتيح هذه الوحدة للمشغل ما يلي :
nعرض معلومات العمليات المختلفة المتحكم فيها.
nإدخال عوامل جديدة أو تعديل العوامل المستخدمة
- •أنواع المداخل و المخارج لوحدة PLC Inputs and outputs
يوجد نوعين من المداخل و المخارج لوحدات الـ PLC و يتم تعريفها كما يلي:
nمداخل رقمية Digital Inputs
nمداخل تماثلية Analog Inputs
nمخارج رقمية Digital Outputs
nمخارج تماثلية Analog Outputs
- •المجسات Sensors
nالمجس هو عبارة عن عنصر يقوم بتحويل الحالة الفيزيائية إلى إشارة كهربائية ليتم أستعمالها في وحدة الـــــ PLC. و يتم توصيل المجس بوحدة الدخل لوحدة الــــ PLC . مفتاح ضغط الزر، مجس قياس درجة الحرارة و مجس قياس السرعة من أمثلة المجسات التي توصل بمداخل وحدة الــPLC pushbutton
- •المشغلات Actuators
nالمشغل عبارة عن أداة تقوم بتحويل الإشارة الكهربائية الصادرة من وحدة الــPLC إلى حالة فيزيائية.
nيتم توصيل المشغلات بوحدة الخرج لوحدة الــPLC
nمن أمثلة المشغلات القاطع الكهرومغناطيسي للمحرك الكهربي
- •المداخل الرقمية Digital Inputs
تتعامل المداخل الرقمية مع الإشارات الصادرة من المجسات التي تكون إما في الحالة ( ON) أو (OFF) مثل :
nمفاتيح ضغط الزر Pushbuttons Switches
nالمفاتيح الحدية Limit Switches
nالملامسات المفتوحة Normally Open Contacts
nالملامسات المغلقة Normally Closed Contacts
يبين الشكل التالي العناصر التي توصل بالمداخل الرقمية لوحدة PLC
- •المداخل التماثلية Analog inputs
تتعامل المداخل التماثلية مع المجسات التي تتحسس القيم المتغيرة مثل مجسات قياس درجة الحرارة و مستوى السوائل و السرعة و ذلك بعد تحويل الحالة الفيزيائية للقيمة المقاسة إلى إشارة كهربية متغيرة بأحدى الصورالتالية :
nمن 0 إلى 20mA أو من 4 إلى 20mA .
nمن 0 إلى10V .
- •المخارج الرقمية Digital Outputs
nوهي المخارج التي تكون حالة أشارتها إما ON أوOFF
nالمصابيح و ملفات المرحلات و القواطع الكهربية و الصمامات الوشيعية هي أمثلة من المشغلات التي توصل بالمخارج الرقمية لوحدة الـ PLC
- •المخارج التماثلية Analog Outputs
nو يتم فيها تحويل الإشارة المنطقية المرسلة من وحدة المعالجة المركزية إلى إشارة تماثلية (0-10 V أو 4-20mA أو 0-20mA ) ومن تم ترسل الإشارة التماثلية إلى الأجهزة التي يتم التحكم بها و التي تتعامل مع هذا النوع من الإشارات مثل مقياس السرعة، درجة الحرارة ،الوزن و صمامات التحكم في التدفق الموصلة مع المخارج التماثلية لوحدة PLC.
الشكل التالي يبين وحدة PLC متصلة بمجموعة من الأجهزة المختلفة
- •كيفية عمل وحدة الــPLC PLC Operation
تعمل وحدة الـPLC بإجراء عملية مسح مستمر (Scanning) للبرنامج. يمكن أعتبار ان عملية المسح تتكون من ثلاثة خطوات رئيسية مهمة ( حقيقةً توجد أكثر من هذه الخطوات و لكن تعتبر هذه الخطوات هي الأهم ) و هي كالتالي :
nالخطوة الأولى: فحص حالة المداخل- حيث تقوم وحدة الـPLC بفحص حالة كل مدخل و ذلك لتحديد ما إذا كانت في وضعية (ON أو OFF) ثم تقوم بتخزين البيانات في الذاكرة لأستعمالها في الخطوة التالية.
nالخطوة الثانية: تنفيذ البرنامج – حيث تقوم وحدة الـ PLC بتنفيذ البرنامج بعد تحديد حالة المداخل و قراءة أوامر البرنامج المترتبة على كل حالة من حالات كل مدخل و من ثم تخزين نتائج التنفيذ لأستخدامها في الخطوة التالية.
nالخطوة الثالثة: تحديث حالة المخارج – حيث تقوم وحدة الـ PLC بتحديث حالات المخارج وفقاً لأوامر البرنامج الصادرة في الخطوة الثانية.
بعد الأنتهاء من الخطوة الثالثة تقوم وحدة الـPLC بالرجوع للخطوة الأولى لتعيد نفس الخطوات بصورة مستمرة.
يعرف زمن المسح الواحد على أنه الزمن الذي تأخذه وحدة الـ PLC لتنفيذ الخطوات الثلاث المذكورة سابقاً
يبين الشكل التالي مخطط للخطوات الرئيسية التي تقوم بها وحدة الـ PLC
nعملية المسح
- •برمجة وحدة الـ PLC Programming
nيتكون البرنامج من مجموعة من التعليمات لأنجاز مهمات محددة
توجد طرق مختلفة للبرمجة مثل
– السلم المنطقي ( Ladder Logic )
– قوائم الإجراءات ( Statement Lists )
– المخططات الصندوقية الوظيفية ( Function Block Diagrams )
- •السلم المنطقي Ladder Logic
nالسلم النمطقي (LAD) هو واحد من لغات البرمجة المستعملة لبرمجة و حدات الــ PLC.
nيستخدم السلم المنطقي رموز تشابه الرموز المستخدمة في الرسوم التخطيطية التي تصف المكونات المادية لعناصر التحكم لدائرة ما.
nالرموز الموجودة على الطرف الأيسر من السلم المنطقي تمثل المداخل ( Inputs) و الرموز الموجودة على الطرف الأيمن تمثل المخارج ( Outputs)
- •مخطط السلم المنطقي Ladder Logic Diagram
يبين الشكل التالي نمودج لمخطط السلم المنطقي
nالخط العمودي الأيسر يمثل الخط الحي( + )
nالخط العمودي الأيمن يمثل الخط المتعادل( )
nالرموز التي في كل درجة من درجات السلم
تمثل عناصر التحكم
nمخطط السلم المنطقي يقرأ من اليسار إلى اليمين
و من الأعلى إلى الأسفل.
nليمر التيار (منطقي) من اليسار إلى اليمين يجب أن تكون الحالة المنطقية للعناصر في المسار بين العمودين ( 1 ) أي (حقيقي – True ) وبالتالي يتم تفعيل المخارج
nفي حالة وجود الحالة المنطقية (0) اي ( False) في المسار فإن التيار(منطق ) لن يمر من اليسار إلى اليمين وبذلك فإن المخارج لن تفعل
المراجع
nBasics of PLCs SIEMENS CO
nPLCs.NET
nPLC BOOK SAIT
nTKNE.net
