فئات: مقالات مميزة » أتمتة المنزل
مرات المشاهدة: 149188
تعليقات على المقال: 5
مبدأ التشغيل وأساسيات برمجة PLC
أدوات التحكم المنطقي القابلة للبرمجة (PLC)
قبل ظهور دوائر منطق الحالة الصلبة ، كان تطوير أنظمة التحكم المنطقي يعتمد على المرحلات الكهروميكانيكية. حتى يومنا هذا ، فإن المرحلات ليست قديمة في وجهتها ، ولكن مع ذلك في بعض وظائفها السابقة يتم استبدالها بوحدة تحكم.
يوجد في الصناعة الحديثة عدد كبير من الأنظمة والعمليات المختلفة التي تتطلب التشغيل الآلي ، ولكن الآن نادراً ما يتم تصميم هذه الأنظمة من المرحلات. تحتاج عمليات الإنتاج الحديثة إلى جهاز مبرمج لأداء وظائف منطقية مختلفة. في أواخر الستينيات ، طورت الشركة الأمريكية Bedford Associates جهاز كمبيوتر يسمى MODICON (وحدة التحكم الرقمية المعيارية). في وقت لاحق ، أصبح اسم الجهاز هو اسم وحدة الشركة التي قامت بتصميمه وصنعه وبيعه.
طورت شركات أخرى إصداراتها الخاصة من هذا الجهاز ، وفي النهاية أصبحت معروفة باسم PLC ، أو وحدة تحكم منطق قابلة للبرمجة. كان الهدف من وحدة التحكم القابلة للبرمجة والقادرة على محاكاة تشغيل عدد كبير من المرحلات هو استبدال المرحلات الكهروميكانيكية بـ عناصر المنطق.
يحتوي PLC على مجموعة من أطراف الإدخال التي يمكنك من خلالها مراقبة حالة المستشعرات والمفاتيح. هناك أيضًا أطراف إخراج توفر إشارة "عالية" أو "منخفضة" لمؤشرات الطاقة ، وصمامات الملف اللولبي ، والمقابس ، والمحركات الصغيرة ، وأجهزة المراقبة الذاتية الأخرى.
PLCs سهلة البرمجة لأن لغة البرمجة تشبه منطق الترحيل. لذلك سوف يشعر كهربائي كهربائي عادي أو مهندس كهرباء ، اعتاد على قراءة دوائر منطق السلم ، بالراحة عند برمجة PLC لأداء نفس الوظائف.
يختلف اتصال الإشارة والبرمجة المعيارية إلى حد ما في طرز PLC المختلفة ، لكنها متشابهة إلى حد كبير ، مما يسمح لك بوضع مقدمة "عامة" هنا لبرمجة هذا الجهاز.
يوضح الرسم التوضيحي التالي لوحة تحكم PLC بسيطة ، أو بالأحرى ، كيف يمكن أن تبدو في المقدمة. يتميز الطرفان اللولبيان لتوصيل دوائر PLC الداخلية حتى 120 فولت تيار متردد بعلامة L1 و L2.
توفر ستة أطراف لولبية موجودة على الجانب الأيسر اتصالًا لأجهزة الإدخال. يمثل كل محطة قناة الإدخال الخاصة بها (X). عادةً ما يتم توصيل الطرف اللولبي (التوصيل "العام") الموجود في الزاوية اليسرى السفلى بمصدر التيار L2 (المحايد) بجهد 120 فولت تيار متردد.
داخل حاوية PLC التي تربط كل محطة إدخال بمطراف مشترك ، يوجد عازل جهاز (LED) يوفر إشارة "عالية" معزولة كهربائياً لدائرة الكمبيوتر (يفسر الترانزستور الضوئي ضوء LED) عند تثبيت تيار بديل بقدرة 120 فولت بين طرف الإدخال المقابل والمشترك المحطة. يتيح مصباح LED الموجود في مقدمة لوحة التحكم PLC إمكانية فهم المدخلات المباشرة:
يتم إنشاء إشارات الإخراج بواسطة دارات الكمبيوتر PLC ، وتفعيل جهاز التبديل (الترانزستور ، الثايرستور ، أو حتى التتابع الكهروميكانيكية) وتوصيل محطة "المصدر" (الزاوية اليمنى السفلى) بأي إخراج ملحوظ مع حرف Y. عادةً ما ترتبط محطة المصدر بـ L1. تمامًا مثل كل المدخلات ، يتم تمييز كل ناتج تم تنشيطه بمصباح LED:
وبالتالي ، يمكن توصيل PLC بأي أجهزة ، مثل المفاتيح والمغناطيسات الكهربائية.
أساسيات برمجة PLC
يتم تثبيت المنطق الحديث لنظام التحكم في PLC من خلال برنامج كمبيوتر.يحدد هذا البرنامج المخرجات الحية وتحت أي ظروف إدخال. على الرغم من أن البرنامج نفسه يشبه دائرة منطق الترحيل ، إلا أنه لا توجد جهات اتصال للتبديل أو ملفات ترحيل تعمل داخل PLC لإنشاء اتصالات بين المدخلات والمخرجات. هذه الاتصالات والملفات وهمية. تتم كتابة البرنامج وعرضه باستخدام جهاز كمبيوتر شخصي متصل بمنفذ برمجة PLC.
النظر في الدائرة التالية وبرنامج PLC:
عندما لا يتم تنشيط مفتاح الضغط على زر (في حالة إيقاف التشغيل) ، لا يتم إرسال الإشارة إلى إدخال X1. وفقًا للبرنامج ، الذي يعرض الإدخال "المفتوح" X1 ، لن يتم إرسال الإشارة إلى الناتج Y1. وبالتالي ، سيبقى الناتج Y1 منزوع الطاقة ، وسيغلق المؤشر المتصل به.
إذا تم الضغط على مفتاح الضغط على زر ، سيتم إرسال إشارة لإدخال X1. ستفترض جميع جهات الاتصال X1 الموجودة في البرنامج حالة تنشيط ، كما لو كانت جهات اتصال مرحلية يتم تنشيطها عن طريق توفير الجهد لملف ترحيل يسمى X1. في هذه الحالة ، سيتم فتح جهة الاتصال X1 المفتوحة وإرسال إشارة إلى الملف Y1. عند تنشيط الملف Y1 ، سينير الناتج Y1 بمصباح متصل به.
يجب أن يكون مفهوما أن جهة الاتصال X1 و co1 Y1 متصلة باستخدام الأسلاك ، وأن "الإشارة" التي تظهر على شاشة الكمبيوتر هي افتراضية. لا توجد كمكونات كهربائية حقيقية. وهي موجودة فقط في برنامج كمبيوتر - جزء من البرنامج - وتشبه فقط ما يحدث في دائرة الترحيل.
من المهم بنفس القدر أن نفهم أن الكمبيوتر المستخدم في كتابة البرنامج وتحريره ليس ضروريًا للاستخدام الإضافي لـ PLC. بعد تحميل البرنامج في وحدة التحكم القابلة للبرمجة ، يمكن إيقاف تشغيل الكمبيوتر ، وسوف يقوم PLC بتنفيذ أوامر البرنامج بشكل مستقل. نقوم بتضمين شاشة كمبيوتر شخصي في الرسم التوضيحي بحيث تفهم العلاقة بين الظروف الحقيقية (إغلاق المفتاح وحالات المصباح) وحالات البرنامج (الإشارات من خلال جهات الاتصال الافتراضية والملفات الافتراضية).
يتم الكشف عن القوة الحقيقية وتعدد استخدامات PLC عندما نريد تغيير سلوك نظام التحكم. نظرًا لأن PLC هو جهاز قابل للبرمجة ، يمكننا تغيير الأوامر التي أنشأناها دون إعادة تكوين المكونات المتصلة به. افترض أننا قررنا تبديل وظيفة "switch - light bulb" في الاتجاه المعاكس: اضغط على الزر لإيقاف تشغيل الضوء ، ثم حرره لتشغيله.
الحل لهذه المشكلة في الظروف الحقيقية هو أن التبديل ، "فتح" في ظل الظروف العادية ، يتم استبداله بـ "مغلق". يقوم حل البرنامج الخاص به بتغيير البرنامج بحيث يكون "اتصال" X1 في الظروف العادية "مغلقًا" وليس "مفتوحًا".
في الصورة التالية ، سترى برنامجًا تم تغييره بالفعل ، مع عدم تنشيط المفتاح:
وهنا يتم تنشيط التبديل:
تتمثل إحدى مزايا تطبيق التحكم المنطقي في البرنامج ، بدلاً من التحكم في استخدام الأجهزة ، في إمكانية استخدام إشارات الإدخال عدة مرات حسب الحاجة. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك الدائرة والبرنامج المصمم لتشغيل المصباح إذا تم تنشيط اثنين من المفاتيح الثلاثة على الأقل في نفس الوقت:
لبناء دارة مماثلة باستخدام مرحل ، ستكون هناك حاجة إلى ثلاث مرحلات مع جهات اتصال مفتوحة في الظروف العادية ، يجب استخدام كل منها. ومع ذلك ، باستخدام PLC ، يمكننا برمجة أكبر عدد من المسامير لكل إدخال "X" كما نود دون إضافة أي معدات إضافية (يجب ألا يشغل كل إدخال وإخراج ما لا يزيد عن 1 بت في الذاكرة الرقمية PLC) والاتصال بهم عدة مرات حسب الضرورة .
بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن كل مخرجات PLC لا تشغل أكثر من بت واحد في ذاكرتها ، يمكننا إضافة جهات اتصال إلى البرنامج ، مما يؤدي إلى إخراج Y إلى حالة غير نشطة. على سبيل المثال ، خذ مخططًا للمحرك مع نظام للتحكم في بداية الحركة والتوقف:
يعمل المفتاح المتصل بالإدخال X1 كزر "ابدأ" ، بينما يعمل المفتاح المتصل بالإدخال X2 كزر "إيقاف". جهة اتصال أخرى ، تسمى Y1 ، مثل الطباعة في جهة اتصال ، تسمح للمقوم بمحرك أن يظل نشطًا حتى إذا قمت بتحرير الزر "ابدأ". في هذه الحالة ، يمكنك رؤية كيفية ظهور جهة الاتصال X2 ، "مغلقة" في الظروف العادية ، في كتلة اللون ، مما يدل على أنها في حالة "مغلقة" ("موصلة كهربائيًا").
إذا قمت بالضغط على زر "ابدأ" ، فسوف يمر التيار من خلال الاتصال "المغلق" X1 وسيرسل 120 فولت تيار متردد إلى موصل المحرك. جهة الاتصال الموازية Y1 سوف "تغلق" ، وبالتالي تغلق الدائرة:
إذا ضغطنا الآن على الزر "ابدأ" ، فستتصل جهة الاتصال X1 بالحالة "المفتوحة" ، لكن المحرك سيستمر في العمل ، لأن جهة الاتصال المغلقة Y1 ستظل تعمل على تنشيط الملف:
لإيقاف المحرك ، يجب أن تضغط بسرعة على الزر "إيقاف" ، والذي سيبلغ الجهد إلى المدخل X1 والاتصال "المفتوح" ، مما سيؤدي إلى إنهاء تزويد التيار الكهربائي للملف Y1:
عندما تضغط على الزر "إيقاف" ، يتم ترك الإدخال X1 بدون جهد ، وبالتالي إرجاع جهة الاتصال X1 إلى حالتها "المغلقة" العادية. لن يعمل المحرك مرة أخرى تحت أي ظرف من الظروف حتى تضغط على الزر "ابدأ" مرة أخرى ، بسبب فقد الطباعة في الدبوس Y1:
من المهم جدًا وجود نموذج متسامح مع الخطأ لأجهزة التحكم PLC ، كما هو الحال مع أجهزة التحكم في الترحيل الكهروميكانيكية. من الضروري دائمًا مراعاة تأثير جهة الاتصال "المفتوحة" عن طريق الخطأ على النظام. لذلك ، على سبيل المثال ، في حالتنا ، إذا تم فتح جهة الاتصال X2 عن طريق الخطأ ، فلن تكون هناك طريقة لإيقاف المحرك!
يكمن حل هذه المشكلة في إعادة برمجة جهة الاتصال X2 داخل PLC والضغط فعلاً على زر Stop (إيقاف):
عندما لا يتم الضغط على زر "Stop" ، يتم تنشيط دخل PLC X2 ، أي الاتصال X2 هو "مغلق". يتيح ذلك للمحرك بدء التشغيل عند توصيل التيار إلى الجهاز X1 ، ومواصلة التشغيل عند تحرير زر "ابدأ". عندما تضغط على الزر "إيقاف" ، يتصل X2 بالوضع "مفتوح" ويتوقف المحرك عن العمل. وبالتالي ، يمكنك أن ترى أنه لا يوجد فرق وظيفي بين هذا والنموذج السابق.
ومع ذلك ، إذا تم فتح محطة الإدخال X2 عن طريق الخطأ ، فيمكن إيقاف الإدخال X2 عن طريق الضغط على زر "إيقاف". نتيجة لذلك ، يتم إيقاف المحرك على الفور. هذا الموديل أكثر أمانًا من الطراز السابق ، حيث الضغط على زر "إيقاف" سيجعل من المستحيل إيقاف المحرك.
بالإضافة إلى المدخلات (X) والمخرجات (Y) في PLC ، من الممكن استخدام "جهات الاتصال الداخلية والملفات. يتم استخدامها بنفس طريقة التبديلات الوسيطة المستخدمة في دوائر الترحيل القياسية.
لفهم مبدأ تشغيل الدوائر والاتصالات "الداخلية" ، ضع في اعتبارك الدائرة والبرنامج التاليان المطورين على أساس المدخلات الثلاثة للوظيفة المنطقية AND:
في هذه الدائرة ، يتم تشغيل المصباح حتى يتم الضغط على أحد الأزرار. لإيقاف تشغيل المصباح ، اضغط على الأزرار الثلاثة:
يوضح هذا المقال على وحدات تحكم المنطق القابلة للبرمجة عينة صغيرة فقط من قدراتها. ككمبيوتر PLC ، يمكنه أداء وظائف متقدمة أخرى بدقة وموثوقية أكبر بكثير من عند استخدام أجهزة المنطق الكهروميكانيكية. معظم PLCs لديها أكثر من ستة مدخلات ومخرجات. يوضح الرسم التوضيحي التالي أحد لوحات PLC الخاصة ببرنامج Allen-Bradley's:
مع وحدات ، كل منها يحتوي على 16 المدخلات والمخرجات ، وهذا PLC لديه القدرة على التحكم في عشرات الأجهزة.وضعت في خزانة التحكم PLC مساحة صغيرة (للمرحلات الكهروميكانيكية التي تؤدي نفس الوظائف ، ستكون هناك حاجة إلى مساحة حرة أكثر من ذلك بكثير).
واحدة من مزايا PLC ، والتي ببساطة لا يمكن استنساخها بواسطة مرحل كهروميكانيكي ، هي المراقبة والتحكم عن بُعد عبر الشبكة الرقمية للكمبيوتر. نظرًا لأن PLC ليس أكثر من كمبيوتر رقمي متخصص ، فيمكنه "التواصل" بسهولة مع أجهزة الكمبيوتر الأخرى. الصورة التالية هي تمثيل رسومي لعملية ملء السائل (محطة ضخ لمعالجة مياه الصرف الصحي البلدية) التي تسيطر عليها PLC. علاوة على ذلك ، تقع المحطة نفسها على بعد بضعة كيلومترات من شاشة الكمبيوتر.
انظر أيضا في electro-ar.tomathouse.com
: