الاثنين، 29 مارس، 2010

الحاكمات المنطقية القابلة للبرمجة Programmable logic controllers

P L C
ماهو الحاكم المنطقي المبرمج
الحاكم 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
هذا 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
حجم صغير
سهولة و سرعة في عمل التغيرات لنظام التحكم.
نظام تحكم و كشف اخطاء متكامل.
نظام مراقبة و توثيق فوري و مستمر .
تكلفة منخفضة.

مكونات وحدة الـ PLC
تتكون وحدة الـ 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 Progrmming device
يبين الشكل التالي مكونات وحدة الـ PLC
وحدة الدخل Input Module
يتم 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:
أستقبال و معالجة الإشارات المنطقية المرسلة من وحدة الدخل
إتخاذ القرارات المناسبة حسب التعليمات المخزنة في ذاكرة البرنامج.
إصدار اوامر التحكم لوحدة الخرج حسب تعليمات البرنامج المخزنة في الذاكرة
تقوم 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 :
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 و لذلك يتم تركيب بطارية لتجنب فقد البيانات في حالة فقد الطاقة الرئيسية المشغلة لها
ذاكرة 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:
ذاكرة 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.
ذاكرة 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
أستقبال 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
يتم كتابة البرنامج فيه.
يتم بواسطته نقل البرنامج إلى وحدة الـPLC.
وحدة المشغل Operator unit
تتيح هذه الوحدة للمشغل ما يلي :
عرض معلومات العمليات المختلفة المتحكم فيها.
إدخال 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:
مداخل رقمية Digital Inputs
مداخل تماثلية Analog Inputs
مخارج رقمية Digital Outputs
مخارج تماثلية Analog Outputs

المجسات Sensors
المجس 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
المشغل عبارة عن أداة تقوم بتحويل الإشارة الكهربائية الصادرة من وحدة الــPLC إلى حالة فيزيائية.
يتم توصيل المشغلات بوحدة الخرج لوحدة الــPLC
من 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 :
مفاتيح ضغط الزر Pushbuttons Switches
المفاتيح الحدية Limit Switches
الملامسات المفتوحة Normally Open Contacts
الملامسات 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 :
من 0 إلى 20mA أو من 4 إلى 20mA .
من 0 إلى10V .
المخارج الرقمية Digital Outputs
وهي المخارج التي تكون حالة أشارتها إما ON أوOFF
المصابيح و ملفات المرحلات و القواطع الكهربية و الصمامات الوشيعية هي أمثلة من المشغلات التي توصل بالمخارج الرقمية لوحدة الـ PLC

المخارج التماثلية Analog Outputs
و 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 :
الخطوة 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.
الخطوة 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.
الخطوة 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
عملية المسح
برمجة وحدة الـ PLC Programming
يتكون 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
السلم النمطقي (LAD) هو واحد من لغات البرمجة المستعملة لبرمجة و حدات الــ PLC.
يستخدم السلم المنطقي رموز تشابه الرموز المستخدمة في الرسوم التخطيطية التي تصف المكونات المادية لعناصر التحكم لدائرة ما.
الرموز 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
الخط العمودي الأيسر يمثل الخط الحي( + )
الخط العمودي الأيمن يمثل الخط المتعادل( )
الرموز التي في كل درجة من درجات السلم
تمثل عناصر التحكم
مخطط السلم المنطقي يقرأ من اليسار إلى اليمين
و من الأعلى إلى الأسفل.
ليمر التيار (منطقي) من اليسار إلى اليمين يجب أن تكون الحالة المنطقية للعناصر في المسار بين العمودين ( 1 ) أي (حقيقي – True ) وبالتالي يتم تفعيل المخارج
في حالة وجود الحالة المنطقية (0) اي ( False) في المسار فإن التيار(منطق ) لن يمر من اليسار إلى اليمين وبذلك فإن المخارج لن تفعل
المراجع
Basics of PLCs SIEMENS CO
PLCs.NET
PLC BOOK SAIT
TKNE.net

0 التعليقات:

إرسال تعليق