الأربعاء، 31 مارس، 2010

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة

اذهب إلى: تصفح, البحث

محرك الاحتراق الداخلي هو محرك يتم فيه احتراق الوقود والمادة المؤكسدة (عادة ما تكون الهواء) داخل حيز محدود يطلق عليه غرفة الاحتراق. ويطلق هذا التفاعل الطارد للحرارة غازات عند درجة عالية من الحرارة والضغط، ويُسمح لهذه الغازات بالتمدد. والأمر الرئيسي الذي يميز محرك الاحتراق الداخلي هو أن الشغل المفيد تبذله الغازات الحارة المتمددة التي تضغط مباشرة لتسبب حركة أجزاء المحرك الصلبة، وذلك بالضغط على المكبس أو الجزء الدوار أو حتى بتحريك المحرك بأكمله. وهذا على النقيض من محركات الاحتراق الخارجي، مثل المحركات البخارية ومحركات ستيرلينج، والتي تستخدم غرفة خارجية للاحتراق من أجل تسخين أحد الموائع الذي بدوره يبذل شغلا بتحريك مكبس أو توربينة على سبيل المثال. أما مصطلح "محرك الاحتراق الداخلي" فكان دائما تقريبا يُستخدم للإشارة إلى المحركات ذات المكبس الترددي (reciprocating piston engines)، ومحركات وانكل وما شابهها من التصميمات التي يحدث فيها الاحتراق على نحو متقطع. ومع ذلك، فإن المحركات ذات الاحتراق المستمر مثل المحركات النفاثة وأغلب الصواريخ والعديد من التوربينات الغازية هي أيضا محركات احتراق داخلي.

كيفية عمل محرك احتراق داخلي
1. التعريفي
2. الضغط
3. القوة
4. العادم

محتويات

[أخفِ]

[عدل] تاريخ نشأة محرك الاحتراق الداخلي وتطوره

لم يكن لدى محركات الاحتراق الداخلي الأولى عملية الكبس، ولكنها كانت تعمل بخليط من الهواء والوقود الذي يتم شفطه أو نفخه إلى الداخل أثناء الجزء الأول من شوط الإدخال. أما أبرز الفروق بين محركات الاحتراق الداخلي المعاصرة والتصميمات الأولى فهو استخدام الكبس، وبالأخص الكبس داخل الاسطوانة.

• 1206: قام الجزري بوصف طلمبة ذات مكبس ترددي ثنائي ذي شوطين متصلة بآلية تتكون من عمود الكرنك مع قضيب التوصيل.

• 1509: قام ليوناردو دافنشي بوصف محرك ليس به عملية الكبس.

• 1673: قام كريستيان هويجنز بوصف محرك ليس به عملية الكبس.

• القرن السابع عشر استخدم المخترع الإنجليزي السير صمويل مورلاند البارود لتشغيل طلمبات المياة، ليكون أساسا هو الذي أنشأ أولى المحركات البدائية للاحتراق الداخلي.

• ثمانينات القرن الثامن عشر: أنشأ ألساندرو فولتا مسدسا كهربيا لعبة، كان يعمل على أساس إحداث شرارة كهربية تؤدي لتفجير خليط من الهواء والهيدروجين، مما يطلق سدادة من الفلين من فوهة المسدس.

• 1794: قام روبرت ستريت بإنشاء محرك ليس فيه عملية الكبس، لتظل الطريقة الأساسية لعمله هي السائدة لنحو قرن من الزمان.

• 1806: أنشأ المهندس السويسري فرانسوا إيزاك دو ريفاز محركا للاحتراق الداخلي يعمل بخليط من الهيدروجين والأكسجين.

• 1823: قام صمويل براون بتسجيل براءة اختراع أول محركات الاحتراق الداخلي التي تم تنفيذها على المستوى الصناعي. وكان هذا المحرك بدون عملية الكبس وكان قائما على ما أسماه هاردنبرج "دورة ليوناردو"، والتي كانت كما يوحي الاسم قد عفا عليها الزمن في ذلك الوقت.

• 1824: أثبت العالم الفيزيائي الفرنسي سادي كارنوت نظريته في الديناميكا الحرارية حول الصورة المثالية للمحركات الحرارية. وقد أثبتت هذه النظرية علميا الحاجة للكبس من أجل زيادة الفرق بين درجات حرارة تشغيل المحرك العظمى والصغرى.

• 1826- الأول من أبريل: حصل المخترع الأمريكي صمويل موري على براءة اختراع عن محرك يعمل بالغاز أو بالبخار بدون كبس.

• 1838: حصل المخترع الإنجليزي ويليام بارنيت على براءة اختراع. وكانت هذه هي أول الاقتراحات بإحداث عملية الكبس داخل الاسطوانة.

• 1854: سجل المخترعان الإيطاليان يوجينيو بارسانتي وفيليتشي ماتويتشي براءة اختراع لأول المحركات الفعالة التي تعمل بنظام الاحتراق الداخلي (رقم براءة الاختراع 1072)، ولكن لم يدخل هذا المحرك في حيز الإنتاج. وكان المحرك شبيها في فكرته الأساسية بمحرك أوتو لانجن غير المباشر، ولكنه لم يتم العمل عليه بالتفصيل.

• 1856: أما في فلورنسا في مسابك بينيوني (وهي الآن نووفو بينيوني، وهي شركة تابعة لشركة جنرال إليكترك)، فقد نفذ بييترو بينيني نموذجا صناعيا يعمل بالفعل لمحرك بارسانتي-ماتويتشي، وبلغت قدرته 5 حصان. وفي السنوات اللاحقة قام بتطوير محركات أكثر قوة ذات مكبس أو اثنين، والتي كانت ذات قدرة ثابتة واستخدمت في بعض المجالات التي حلت فيها محل المحركات البخارية.

• 1860: أما المخترع البلجيكي جون جوزيف إتيان لونوار (1822-1900) فقد أنتج محركا للاحتراق الداخلي يعمل باحتراق الغازات ويشبه في مظهره المحرك البخاري الأفقي ثنائي الشوط بوجود الاسطوانات والمكابس وقضبان التوصيل ودولاب الموازنة (الحدافة) (flywheel) وكان وجه الاختلاف أساسا هو إحلال الغاز محل البخار. وكان هذا هو أول محركات الاحتراق الداخلي التي تم إنتاجها بكمية.

• 1862: قام المخترع الألماني نيكولاوس أوتو بتصميم محرك ذي مكبس حر ويتحرك في أشواط بشكل غير مباشر بدون حدوث عملية الكبس، وقد تميز هذا المحرك بفعاليته العالية مما أكسبه مساندة منطقة لانجن في ألمانيا ثم بعد ذلك أغلب السوق، والذي كان في ذلك الوقت تغلب عليه المحركات الصغيرة الثابتة التي يتم تشغيلها بغاز المصابيح.

• 1870: في فيينا، قام زيجفريد ماركوس بوضع أول محرك متحرك يعمل بالجازولين على عربة يد.

• 1876: قام نيكولاوس أوتو بالتعاون مع غوتليب دايملر وفيلهلم مايباخ بتطوير محرك عملي ذي أربعة أشواط (قائم على دورة أوتو). ولكن المحاكم الألمانية مع ذلك لم تعتبر براءة الاختراع هذه شاملة لكل المحركات التي يحدث فيها الكبس داخل الاسطوانة أو حتى ذات الأربعة أشواط، وبعد هذا القرار أصبح الكبس داخل الاسطوانة منتشرا عالميا.

• 1876: تمكن المخترع الأمريكي صمويل موري من صنع النموذج الأولي لمحرك احتراق داخلي بإحداث عملية الكبس داخل الاسطوانة وتعددية الاشواط، الذي فتح افاقا جديدة لصناعة محركات الاحتراق الداخلي من خارج ألمانيا والقارة الاوروبية, فيما بعد انضم وجون جوزيف المخترع البلجيكي إلى شركة دوزونبيرغ الأمريكية Duesenberg لصناعة السيارت

• 1879: حصل كارل بنز الذي كان يعمل بشكل مستقل على براءة اختراع لمحرك الاحتراق الداخلي الذي اخترعه، وكان عبارة عن محرك ذي شوطين قائم على تصميم نيكولاوس أوتو للمحرك ذي الأربعة أشواط. وفيما بعد، قام بنز بتصميم وإنشاء محركه ذي الأربعة أشواط والذي كان مستخدما في سياراته، التي أصبحت أول السيارات التي تدخل في حيز الإنتاج في المانيا.

• 1882: اخترع جيمس أتكينسون المحرك الذي يقوم على دورة أتكينسون. وكان محرك أتكينسون به مرحلة واحدة يعطي فيها القدرة لكل دورة، هذا بالإضافة إلى الاختلاف في الأحجام عند الإدخال وعند التمدد، مما جعله أكثر فاعلية من دورة أوتو.

• 1891: أما هربرت أكرويد ستيوارت فقد أنشأ محركه الذي يعمل بالبترول وقد أعطى حقوق الاختراع لشركة هورنسبي في إنجلترا لتصنيعه. وقاموا هناك ببناء أول المحركات التي تبدأ تشغيلها على درجة الحرارة الباردة والتي بها عمليات الكبس والإشعال. وفي عام 1892، قاموا بتركيب أوائل المحركات في إحدى محطات طلمبات المياة. وفي نفس العام، تم عمل محرك تجريبي يعمل على ضغط أعلى بحيث يكون الإشعال فيها مستمرا بشكل ذاتي من خلال الكبس فقط.

• 1892: قام رودلف ديزل بتطوير محركه الحراري القائم على نظرية كارنوت والذي يعمل بإحراق تراب الفحم.

• 1893 فبراير 23: حصل رودلف ديزل على براءة اختراع عن محرك الديزل الخاص به.

• 1896: قام كارل بنز باختراع محرك بوكسر والذي يعرف أيضا بالمحرك المتباين أفقيا والذي تصل فيه المكابس المتناظرة إلى مركز المحرك في نفس الوقت.

• 1900: قام رودلف ديزل بعرض محرك الديزل في المعرض العالمي في عام 1900 باستخدام زيت الفول السوداني (انظر الديزل الحيوي).

• 1900: قام فيلهيلم مايباخ بتصميم محرك تم إنشؤه في شركة دايملر للمحركات، متبعا مواصفات إميل جيلينيك، والذي اشترط تسمية المحرك دايملر مرسيدس على اسم ابنته. في عام 1902 بدأ إنتاج السيارات التي تعمل بهذا المحرك لدى شركة دايملر للمحركات.

• 1908: في نيوزيلاندة بدأ المخترع إرنست جودوارد مشروعا تجاريا لإنتاج الدراجات النارية في إنفركارجيل، حيث قام باستخدام دراجات مستوردة وركب عليها اختراعه- جهاز لترشيد استهلاك البنزين. وقد عملت هذه الأجهزة بنجاح في السيارات أيضا كما في الدراجات النارية.

[عدل] تطبيقات عملية

تستخدم محركات الاحتراق الداخلي في الأغلب الأعم في دفع المركبات والمعدات وغير ذلك من الماكينات التي يمكن تحريكها. وفي المعدات المتحركة، تتمتع محركات الاحتراق الداخلي بميزة أنها تحقق قدرة عالية بالنسبة إلى وزنها، وذلك بالإضافة إلى قدرتها المتميزة على استخلاص مقدار كبير من الطاقة من الوقود. وقد ظهرت هذه المحركات في سائر وسائل النقل سواء في السيارات والشاحنات والدراجات النارية والقوارب والعديد من أنواع الطائرات والقاطرات، وهي عموما تعمل بالمنتجات البترولية (ويطلق عليها محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل كليا بالمنتجات البترولية APICEV). وكذا الحال بالنسبة للسفن الكبيرة وطائرات الهليوكوبتر والطائرات النفاثة، حيث تتطلب قدرات عالية، وتكون في صورة توربينات.

وتستخدم أيضا في النطاق الصناعي كمولدات كهربائية، أي مولدات تعمل على جهد 12 فولت.

[عدل] كيفية التشغيل

تعتمد جميع محركات الاحتراق الداخلي على عملية الاحتراق وهي عملية كيميائية طاردة للحرارة. ويتم تفاعل احتراق الوقود عادة بأكسجين الهواء الجوي، إلا أنه يمكن أحيانا استخدام مؤكسدات أخرى مثل أكسيد النيتروز.

انظر أيضا القياس الكمي الكيميائي (stoichiometry).

وأكثر أنواع الوقود شيوعا هي تلك التي تتكون من الهيدروكاربونات والتي تكون غالبا مشتقة من البترول. وتشتمل على أنواع الوقود المعروفة بوقود الديزل والجازولين وغاز البترول، مع استخدام أكثر ندرة لغاز البروبان. ويمكن لأغلب محركات الاحتراق الداخلي المصمة للعمل بالجازولين أن تعمل أيضا بالغاز الطبيعي أو بغازات البترول المسالة بدون تعديلات كبرى باستثناء مكونات توصيل الوقود. ويمكن أيضا استخدام أنواع الوقود الحيوي سواء في صورة سائلة أو غازية، مثل الإيثانول والديزل الحيوي (وهو أحد أشكال الديزل الذي يتم إنتاجه من المحاصيل التي تحتوي على الجلسريدات الثلاثية مثل زيت الصويا). ويمكن لبعضها العمل بغاز الهيدروجين.

وينبغي لجميع محركات الاحتراق الداخلي تحقيق الإشعال في داخل الاسطوانات من أجل إيجاد الاحتراق. وعادة تستخدم المحركات إما طريقة الإشعال بالشرارة أو نظام الإشعال بالكبس. وفيما مضى كانت تستخدم طرق أخرى باستخدام مواسير ساخنة أو شعلات من اللهب. محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالبترول

[عدل] عملية اشتعال الجازولين

تعتمد أنظمة اشتعال الجازولين (التي يمكنها أن تعمل بأنواع أخرى من الوقود كما هو مذكور سالفا) أو الإشعال الكهربائي على مجموعة متركبة من بطارية رصاص-حامض وملف حث لإحداث شرارة على جهد كهربائي عال لإشعال خليط الهواء والوقود داخل اسطوانات المحرك. ويمكن إعادة شحن البطارية أثناء العمل باستخدام أداة لتوليد الكهرباء مثل مولد كهربائي أو مولد ترددي يعمل على المحرك. وتأخذ محركات الجازولين خليط الهواء والوقود وتضغطه إلى أقل من 185 رطل للبوصة المربعة (12,75 بار) وتستخدم شمعة الإشعال (البوجيه) لإشعال الخليط عندما يتم كبسه من خلال رأس المكبس في كل اسطوانة.

[عدل] عملية إشعال الديزل

تعتمد أنظمة إشعال الديزل، مثل الموجودة في محركات الديزل ومحركات HCCI اعتمادا كليا على الحرارة والضغط الذين يحدثهما المحرك خلال عملية الكبس من أجل الإشعال. ويكون الكبس الذي يحدث هنا عادة أعلى مما يحدث في محركات الجازولين بثلاثة أضعاف. تقوم محركات الديزل بسحب الهواء فقط، وقبل الوصول لذروة الكبس، يتم رش كمية صغيرة من وقود الديزل في الاسطوانة من خلال حاقن للوقود يسمح للوقود بالاشتعال على الفور. أما محركات HCCI فهي تسحب الهواء والوقود معا ولكن تظل معتمدة على الاحتراق الذاتي بدون مساعدة وذلك نظرا لارتفاع الضغط والحرارة بها. وهذا هو السبب الذي يجعل محركات الديزل ومحركات HCCI أكثر عرضة لمشاكل البدء في درجات الحرارة المنخفضة، إلا أنها بمجرد أن تبدأ العمل عند درجات الحرارة تلك، فسوف تعمل بشكل جيد أيضا. وأغلب محركات الديزل بها بطاريات وأنظمة للشحن، إلا أن هذا النظام يعد ثانويا ويضيفه المصنعون كنوع من الرفاهية لتسهيل البدء وللتحكم في الوقود (الأمر الذي يمكن القيام به من خلال دائرة توصيل أو أداة ميكانيكية)، ولتشغيل المكونات الكهربية المساعدة والكمالية. إلا أن أغلب المحركات الجديدة تعتمد على الأنظمة الكهربية التي تتحكم أيضا في عملية الاحتراق من أجل زيادة الفعالية وتقليل الانبعاثات.

[عدل] انظر أيضا


المحرك الحراري هو الآلة التي تتحول بواسطتها الطاقة الحرارية الناتجة عن إحتراق الوقود (سواء كان هذا الوقود صلباً أو سائلاً أو غازيا) إلى شغل ميكانيكي يمكن الاستفادة به فى إدارة الآلات المستخدمة سواء فى الصناعة أو فى النقل .

تنقسم المحركات الحرارية من حيث موضع احتراق الوقود إلى نوعين رئيسين :-

(أ‌) محركات الاحتراق الخارجي :-
فى هذا النوع يتم احتراق الوقود خارج اسطوانة المحرك فى مراجل خاصة و الحرارة الناتجة عن احتراق الوقود تستخدم فى تحويل ماء المرجل إلى بخار يمكن استخدامه فى إدارة المحركات و التربينات البخارية .

(ب‌) محركات الاحتراق الداخلي :-
فى هذا النوع يتم احتراق الوقود داخل اسطوانة المحرك وتقوم الغازات الناتجة عن هذا الاحتراق بتحريك المكبس مباشرة .

وتنقسم محركات الاحتراق الداخلي بدورها إلى نوعين :

1- محركات مبخرة :-
وفيها يتم تبخير الوقود و اختلاطه بالهواء فى شحنة متجانسة قبل دخوله إلى الأسطوانة وذلك بواسطة

جهاز خاص يسمى المبخر (المغذى) كما يتم احتراق الشحنة بعد ضغطها داخل الاسطوانة بواسطة شرارة كهربائية ويلزم أن يكون الوقود المستعمل فى هذه المحركات من النوع الذي يسهل تطايره مثل البنزين ويكون أحياناً من النوع المتوسط مثل الكيروسين.

2- محركات حاقنة :-
وفيها يحقن الوقود بواسطة مضخة حقن الوقود وذلك عن طريق صمام خاص (رشاش) إلى داخل الاسطوانة حيث يتم اختلاط ذرات الوقود المحقون بالهواء المضغوط داخلها ويتم احتراقه

ذاتياً ويكون الوقود المستعمل فى هذه المحركات غالباً من النوع الثقيل مثل السولار.

استحدثت مؤخراً محركات مبخرة لا يستعمل فيها المغذى لتحضير الشحنة المتجانسة من الهواء و البنزين بل جهزت بمضخة خاصة لحقن البنزين على هيئة رذاذ دقيق بواسطة رشاشات إما فى داخل الاسطوانة مباشرة أو فى مجمع دخول الهواء بالقرب من صمام الهواء فيختلط بالهواء داخل الإسطوانة مكوناً شحنة متجانسة يتم ضغطها ثم إشعالها بواسطة شرارة كهربائية وتتنوع محركات الاحتراق الداخلي ايضاً من حيث :-

1- عدد الاسطوانات :-

منها المحركات الأحادية والثنائية الاسطوانات كما فى الموتوسيكلات ومنها المحركات ذات الثلاث و الأربع والخمس والثماني والعشرة اسطوانات كما فى مركبات الركوب الخاصة و المركبات العامة بل ومنها ذات الأثنى عشرة اسطوانة و الست عشرة اسطوانة كما فى المركبات الكبيرة العامة وبعض السيارات الفارهة وفى المحركات التي تعمل فى المنشئات الصناعية.

2- ترتيب الاسطوانات :-

ترتب اسطوانات المحركات بحيث أما متجاورة فى صف واحد v أو على زاوية مستقيمة لتصبح الاسطوانات متقابلة ومتعامدة على عمود المرفق أي موزعة فى جهتين متضادتين من العمود وينتشر استعمال هذه الأنواع على سيارات الصالون الكبيرة و الفارهة والشاحنات والحافلات.

3- وضع الاسطوانات :

توضع الاسطوانات بحيث تكون فى مستوى رأسي أو مائل أو أفقي ليأخذ عمود المرفق وضعا موازيا للمحور الطولي للسيارة أو عمودياً عليه كما يختلف وضع تركيب المحرك فى السيارة (أمامي – سفلي – وسطى – خلفي) وفقا للحيز الذي يشغله المحرك من حجم السيارة.




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

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

الاثنين، 15 مارس، 2010

بسم الله الرحمن الرحيم

بسم الله الرحمن الرحيم

موضوع تحربة