ــ التحكم المنطقي المبرمج plc
ــ ماذا نعني بالتحكم الآلي؟
ومن أمثلتها إشارات تعبر عن الضغط Pressure, التدفقFlow, المستوىLevel, الرطوبة أو الحمضية …إلخ من الكميات الفيزيائية التي يمكن تحويلها إلى كميات كهربية كالفولت والأمبير باستخدام ما يعرف بالـ Transducers ومرسلات الإشارات Transmitters
هذا هو حجر الأساس والعمود الفقري الذي سنبني عليه حديثنا عن التحكم الآلي.
إن الفكرة الأساسية لنظام التحكم المغلق Closed loop Control System تبنى أساساً على الحصول على إشارات الـ Feed Back وببساطة لكي نوضح ذلك إليكم المثال التالي:
كما هو في الشكل السابق عبارة عن نظام بسيط جداً لمبادل حراري heat Exchanger المطلوب والهدف منه هو إدخال كمية من الماء البارد في مواسير تلامس من الخارج بخار ساخن فترتفع درجة حرارتها إلى درجة حرارة معينة ثابتة مطلوبة.
ــ كيف يتم ذلك؟
يتم ذلك بالتحكم في كمية البخار الساخن الذي يمر عبر المحبس و ذلك بالتحكم في فتحة المحبس وقبل أن يكون هناك تحكم آلي كان على الشخص المشغل أن يقوم بقراءة درجة حرارة الماء ويقارنها مع درجة الحرارة المطلوبة ثم يقوم يدوياً بغلق أو فتح محبس البخار للحفاظ على درجة الحرارة ولكن في وجود التحكم الآلي تغير الوضع فأصبح يمكن استخدام جهاز للتحكم Temperature Controller يزود بدرجة الحرارة المطلوبة Reference Temperature أو ما يطلق عليها Set Point ثم يغذى عكسياً بإشارة تدل على درجة حرارة الماء الآن.
ثم تتم المقارنة بداخل ألـ Controller وما عليه إلا أن يصدر أمراً للمحبس الذي سوف يستبدل بمحبس كهربي Pneumatic control valve يتم التحكم في الفتح والغلق بالتحكم في ضغط هواء التشغيل الخاص به.
ولذلك ستجد في الشكل التالي التغير الذي طرأ على النظام وبسببه تحول النظام اليدوي إلى نظام أوتوماتيكي.
ــ العناصر الأساسية لنظام التحكم الآلي
- القياس Measurement
- المشغل الميكانيكي النهائي Final Actuator
- العملية The Process
- الحاكم الآليThe Automatic controller
ــ القياس Measurement
يتم قياس الخرج لمعرفة القيمة الحالية للمتغير الذي يتم التحكم فيه مثل الضغط أو درجة الحرارة أو المستوى... إلخ ويستخدم جهاز قياس يحول القيمة الفيزيائية إلى قيمة كهربية قياسية Standard Values يمكن للحاكم التعامل معها من أمثلة القيم المعيارية أو القياسية 0to 20 mA or 4-20 mA or 0-10v…. etc.
ويدل التغير في الإشارة الكهربية المقاسة على تغير في القيمة الفيزيائية التي يراد التحكم فيها. والقياس عنصر أساسي لإتمام التحكم لذا يجب أن يكون جهاز القياس معاير وليس به أي خلل وإلا سيتم اتخاذ قرارات أو إجراءات من الحاكم لن تكون معبرة عن الحقيقة وستؤدي إلى خلل وعدم استقرار النظام.
ــ المشغل الميكانيكي النهائي Final Actuator
كل عملية لا بد أن يكون بها مشغل نهائي Final actuator وهو الجزء الميكانيكي الذي يتم التحكم فيه كهربيا لعمل التنظيم أو التنغيم لتغيير القيمة المقاسة Feed Back signal للوصول إلى الاستقرار ومن أمثلتها محركات السيرفو ومحركات الخطوة ... إلخ.
ــ العملية The Process
وهي تختلف من نظام إلى آخر ومن مجال إلى آخر تبعاً للمنتج منها وتتدرج من عمليات بسيطة مثل التحكم في مستوى السوائل أو معدل التدفق للزيوت في المجال الصناعي إلى عمليات أكثر تعقيداً مثل ما يحدث في أبراج التقطير في مجال البترول والبتروكيماويات.
ــ الحاكم الآلي The Automatic controller
العنصر الأخير وهو الحاكم وظيفته التحكم في العملية بنائاً على القيم المطلوبة والقيم المقاسة بحيث يحقق الهدف وهو بقاء القيم المقاسة في الحدود المقبولة .
ويقوم الحاكم بمقارنة القيمة المطلوبة ويطلق عليها reference value or Set point value مع القيمة المقاسة ويطلق عليها measured value or feed back signal or true value ويكون نتيجة المقارنة قيمة تسمى قيمة الخطأ Error وعلى أساس هذا الخطأ يعدل الحاكم من الخرج الذي يصل إلى المشغل النهائي ليجعل هذا الخطأ أقل ما يمكن ويكون مثالياً إذا أصبح هذا الخطأ يساوي الصفر.
ــ ما هو ألـ PLC؟
PLC هي اختصار لـ PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER ومعنى ذلك المتحكم المنطقي المبرمج وهو جهاز تم تطويره للاستعاضة عن التحكم الكهربائي التقليدي الذي يستخدم التايمرات والريليهات والكنتاكتورات والكاونترات وغيرها وكل ذلك من أجل التحكم في الآلات والماكينات الصناعية وعلي سبيل المثال ماكينات التعبئة والتغليف في المصانع.
ويقوم جهاز ألـ PLC بالنظر إلى المداخل وهي INPUT واعتماداً على حالتها ON/OFF 0/1 ومن خلال البرنامج في داخل ألـ PLC يقوم بالتحكم بالمخارج OUTPUT انظر الشكل.
ويقوم المستخدم عادة بإدخال البرنامج بواسطة برنامج خاص بجهاز ألـ PLC المستخدم ولكنها بالنهاية تقوم بنفس العمل المطلوب، وإن أجهزة ألـ PLC مستخدمة كثيراً في الحياة العملية. فأينما توجد صناعة يوجد جهاز PLC في هذه الصناعة.
ولتوضيح الصورة أكثر جميعنا نعرف الإشارات الضوئية فمن أجل التحكم بإشارة ضوئية واحدة أي على فرض أن الإشارة حمراء ثم تكون صفراء ثم خضراء من أجل التحكم بذلك نحن بحاجة لثلاث تايمرات لنقوم بذلك.
ولكن ماذا لو أردنا التحكم بمفترق طرق بأربع اتجاهات هل تتصور كم نحتاج من التايمرات لتحكم بذلك، لذلك كما ترى كلما كان التحكم أكبر كلما كانت الحاجة لجهاز PLC أكبر.
- حجم صغير.
- سهولة وسرعة في عمل التغيرات لنظام التحكم.
- نظام تحكم وكشف أخطاء متكامل.
- نظام مراقبة وتوثيق فوري ومستمر.
- تكلفة منخفضة.
ــ (Logic 0, Logic 1) منطق (0) ، منطق(1)
الحاكم المبرمج PLC يستطيع فقط أن يفهم الإشارة الرقمية Digital signal التي إما أن تكون في حالة ON أو OFF النظام الثنائي (Binary System) هو النظام الذي يوجد به رقمين فقط (1 و0) العدد الثنائي (1) يبين أن الإشارة موجودة أو أن المفتاح في وضع ON والعدد الثنائي (0) يبين أن الإشارة غير موجودة أو أن المفتاح في وضع Off
وألـ PLC هو مجموعة من الدوائر الإلكترونية مجتمعة على شكل Modules متخصصة في أعمال التحكم في الزمن الحقيقيReal Time System وعن طريقها يتم التحكم والمراقبة للعمليات التي تنفذ، وألـ PLC ينفذ مجموعة من التعليمات مخزنة في ذاكرته على شكل برنامج ولذلك فهو يشبه إلى حد كبير الحاسبات الآلية أو الكمبيوتر إلا أنه يوجد اختلافات سنوضحها في التالي:
ــ يمكن توصيل ألـ PLC مباشرة إلى مجسات وأجهزة من خلال وحدات الإدخال والإخراج خاصة الصناعية.
ــ تصمم ألـ PLC للعمل في البيئات الصناعية بما فيها من ظروف قاسية من ارتفاع لدرجة الحرارة وأتربة واهتزازات وتشوه لموجات الجهد والتيار وانخفاض وارتفاع للجهد والتيار.
ــ لغات برمجة ألـ PLC معدة بطريقة لا تحتاج إلى معرفة مسبقة بلغات الحاسب ولا إلى مستوى عالي من البرمجة ويكتب بطرق معروفة أشهرها ألـ Ladder & STL
ــ مكونات وحدة ألـ PLC
تتكون وحدة ألـ PLC من المكونات الرئيسية التالية:- وحدة الدخل Input module
- وحدة المعالجة المركزية CPU
- وحدة الخرج Output module
- وحدة مصدر القدرة Power supply unit
- وحدة المشغل Operator unit
- جهاز البرمجة Programming Device
ــ وحدة الدخل Input Module
يتم توصيل وحدة الدخل بمجموعة من العناصر الفيزيائية مثل المفاتيح الكهربائية والمجسات ومقاييس الحرارة والوزن ومجسات مستوى السوائل وغيرها حيث تقوم وحدة الدخل باستقبال الإشارات التماثلية والرقمية المرسلة من هذه العناصر وتقوم بتحويلها إلى إشارات منطقية يمكن إن تتعامل معها وحدة المعالجة المركزية.
ــ وحدة المعالجة المركزية الميكروبروسيسورCPU
وهو عبارة عن معالج دقيق يحتوي على ذاكرة النظام وهي كذلك مركز اتخاذ القرارات لوحدة ألـ PLC وتقوم بما يلي:
ــ استقبال ومعالجة الإشارات المنطقية المرسلة من وحدة الدخل.
ــ اتخاذ القرارات المناسبة حسب التعليمات المخزنة في ذاكرة البرنامج.
ــ إصدار أوامر التحكم لوحدة الخرج حسب تعليمات البرنامج المخزنة في الذاكرة.
ــ تقوم وحدة ألـ CPU بعديد من العمليات مثل العد، التوقيت، مقارنة البيانات، العمليات المتسلسلة والإزاحة.
ــ وحدة الذاكرة Memory unit
يوجد نوعين رئيسيين من الذاكرة في وحدة ألـ PLC
ــ الذاكرة 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 ولذلك يتم تركيب بطارية لتجنب فقد البيانات في حالة فقد الطاقة الرئيسية المشغلة لها.
ــ ذاكرة القراءة فقط (ROM) وهي الذاكرة التي يمكن قراءة البيانات منها ولكن لا يمكن كتابة البيانات فيها، وهذه الذاكرة تستخدم لحماية البيانات أو البرامج المخزنة فيها من المحو، وهي ذاكرة دائمة وهذا يعني أن البيانات المخزنة فيها لن تفقد في حالة فقد الطاقة الكهربائية.
ــ وتنقسم هذه الذاكرة إلى:
ــ ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة والمسح (EPROM) وهي ذاكرة للقراءة فقط ولكن يمكن مسح البيانات منها وذلك بتعريضها للأشعة فوق البنفسجية لتصبح جاهزة لاستقبال بيانات جديدة بواسطة كاتب بيانات خاص بها.
ــ ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة إلكترونياً (EEPROM) وهي كذلك ذاكرة للقراءة فقط ولكن يمكن أن يتم مسح البيانات المخزنة بها وذلك بوضعها على (صيغة عدم الحماية) (Unprotected Mode) ومن ثم إدخال بيانات جديدة لها.
ــ وحدة الخرج Output Module
حيث تقوم وحدة الخرج بالوظائف التالية:
ــ استقبال تعليمات التحكم المنطقية المرسلة من وحدة CPU وتحويلها إلى إشارات رقمية أو تماثلية.
ــ يمكن استخدامها للتحكم في مجموعة منوعة من الأجهزة ومشغلات (Actuators).
ــ الطرازات المختلفة للـ PLC
ــ مرحل ذكي صغير الحجم
Zelio Logic SR2-SR3 compact smart relay
ــ برمجة ألـ PLC
توجد هناك عدة لغات تستخدم لبرمجة جهاز ألـ PLC ومن ضمن لغات البرمجة الشائعة الاستخدام:
ــ برنامج المخطط السلمي Ladder diagram
وهو من أشهر اللغات استخداما في أجهزة plc لأنه يشبه رموز التحكم بالمرحلات ويمكن استخدامه من قبل الفنيين والمهندسين بسهولة حيث أنه عبارة عن محموعة من الرموز المتتالية التي توضح تدفق التيار الكهربي لإجراء الوظيفة المطلوبة.
ــ ومثال ذلك تشغيل محرك بمفتاحين فيكون المخطط السلمي كما يلي:
ــ برنامج Statement list / STL
وهو عبارة عن مجموعة من الأوامر التي يفهمها جهاز الحاسب.
ــ برنامج Function Bick diagram
ــ الوسائل المختلفة لبرمجة أجهزة ألـ PLC
حيث تتم البرمجة بعدة طرق منها:
ــ جهاز برمجة خاص يقوم بإدخال البرنامج داخل ذاكرة الجهاز.
ــ عن طريق شاشة ومجموعة مفاتيح على واجهة الجهاز.
ــ عن طريق برنامج يتم إنزاله من جهاز الحاسب.
ــ أمثلة وتطبيقات:
أولاً: دائرة إشارة المرور.
يمثل الشكل التالي الدائرة الكهربية للتحكم في إشارة مرور لإنارة اللمبات الثلاثة على التوالي بحيث يتم إنارة كل لمبة لمدة (5) دقائق ثم تطفئ ثم تنير اللمبة التالية ثم تطفئ وهكذا.
ــ نلاحظ في الدائرة الكهربية إنه يتم استخدام ما يلي:
ــ عدد 4 تايمر Timer
ــ عدد 2 ريلاي Relay
ــ عدد 3 لمبات.
ثانياً: دائرة التحكم في فتح وغلق فتحات تهوية للصوبات الزراعية.
المطلوب التحكم في فتح وغلق فتحات التهوية تبعا لدرجات الحرارة والتوقيت طبقا لما يلي:
ــ من التاسعة مساءا إلى السابعة صباحا الفتحات مغلقة.
ــ من السابعة صباحا إلى الثانية عشرة ظهراً ومن الثالثة مساءا إلى التاسعة مساءا الفتحات مغلقة إلا إذا زادت درجات الحرارة عن (25) درجة مئوية.
ــ من الثانية عشرة ظهرا إلى الثالثة مساءا النوافذ مفتوحة إلا إذا قلت درجات الحرارة عن (10) درجات مئوية.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق