التحكم يعد من العمليات الأساسية والهامة في المجال الصناعي. في السابق، كانت عملية التحكم تتم يدويًا بواسطة الأفراد، لكن في الآونة الأخيرة، تم التحول إلى استخدام الكهرباء لأغراض التحكم، حيث كان يعتمد التحكم الكهربائي في البداية على المرحلات. تتيح هذه المرحلات تشغيل وإيقاف الطاقة دون الحاجة إلى مفتاح ميكانيكي. ومع تطور أجهزة الكمبيوتر، شهد التحكم ثورة بظهور وحدة التحكم المنطقي القابل للبرمجة المعروفة اختصارًا بـ (PLC). ظهر الـ PLC في السبعينيات وأصبح الخيار الأكثر شيوعًا للتحكم في العمليات الصناعية، وقد اكتسب شعبية كبيرة في المجال الصناعي، ومن المتوقع أن يظل مهيمنًا لفترة طويلة في المستقبل.
تعريف PLC ؟
المتحكم المنطقي المبرمج (PLC) هو جهاز إلكتروني رقمي يحتوي على ذاكرة قابلة للبرمجة تُستخدم لتخزين التعليمات الخاصة بتنفيذ مجموعة متنوعة من الوظائف والمهام. تشمل هذه المهام العمليات المنطقية، والتتابع، والتوقيت، والعد، والعمليات الحسابية، وغيرها. يُستخدم الـ PLC بشكل أساسي للتحكم في الآلات والعمليات الصناعية، مما يسمح بأتمتة هذه العمليات وتحسين كفاءتها ودقتها.
يعتمد الجهاز في عمله على وجود برنامج تحكم يتم حفظه وفق تسلسل معين لتنفيذ خطوات التحكم المطلوب. يقوم الجهاز باستدعاء هذه الخطوات وتنفيذها ومن ثم التحكم بالآلة أو العملية الصناعية بواسطة إشارات الخرج التي يتم إخراجها على أطراف مخارج الجهاز .
مكونات PLC :
أجزاء الـ PLC الرئيسية تتضمن:
وحدة التغذية بالطاقة: تزود النظام بالطاقة اللازمة لتشغيل وحداته المختلفة.
وحدات الدخل والخرج: تعمل على إدخال المعلومات من أجهزة الاستشعار والمداخل الأخرى وإعطاء الأوامر لتشغيل أجهزة الخرج، مثل المحركات والصمامات.
وحدة المعالجة المركزية (CPU): تتكون من عنصرين رئيسيين، هما المعالج والذاكرة. يقوم المعالج بتنفيذ التعليمات والعمليات المنطقية، بينما تستخدم الذاكرة لتخزين البرامج والبيانات. يختلف تصميم وحدة المعالجة المركزية باختلاف الشركات المصنعة.
يُظهر الشكل أدناه تركيب جهاز الـ PLC، والذي يشبه إلى حد كبير التركيب الداخلي لجهاز الكمبيوتر.
مصدر التغذية (Power Supply): يوفر الطاقة اللازمة لعمل الـ PLC، بما في ذلك وحدة المعالجة المركزية (CPU) ووحدات الإدخال والإخراج والحساسات. يحتوي على مراحل لتحويل الجهد المتردد إلى مستمر، والترشيح، والتنظيم لضمان تزويد النظام بالطاقة المناسبة.
وحدة الإدخال (Input Module): تتصل بالعناصر الفيزيائية مثل المفاتيح والحساسات، وتقوم بتحويل الإشارات التماثلية والرقمية إلى إشارات منطقية يمكن لوحدة المعالجة المركزية التعامل معها. تنقسم إلى:
وحدات الإدخال الرقمية: تستقبل إشارات ON/OFF (0 أو 1) من عناصر الدخل مثل الضواغط والمفاتيح الحدية. تعمل بجهود مستمرة (DC) أو متغيرة (AC).
وحدات الإدخال التماثلية: تستقبل إشارات تماثلية تتغير ضمن مجال معين من الحساسات، مما يسمح بإدخال إشارات ذات قيم متعددة.
وحدات الإخراج (Output Module): تخرج الإشارات من وحدة المعالجة المركزية للتحكم في المشغلات الصناعية حسب البرنامج المستخدم. تنقسم إلى:
وحدات الخرج الرقمية: تنتج إشارات ON/OFF (0 أو 1) باستخدام ترياك، ترانزستور، أو مرحل. تختلف حسب نوع الجهد المستخدم (مستمر أو متغير).
وحدات الخرج التماثلية: تنتج إشارات تماثلية ضمن مجال معين للتحكم في صمامات ومشغلات مختلفة.
المعالج أو وحدة التحكم المركزية (CPU): يعتبر "عقل" الـ PLC، ويحتوي على معالج دقيق لتنفيذ الأوامر والتحكم في الاتصالات. يتطلب ذاكرة لتخزين التعليمات والقيم العددية وحالة أجهزة الإدخال/الإخراج. يُنفذ البرنامج كجزء من عملية متكررة تُعرف بالـ scan. تختلف المعالجات في طول الكلمة وسرعة تردد الساعة.
برنامج التحكم (Software): مجموعة الأوامر التي تُكتب لتنفيذ عملية التحكم. يتم تخزين البرنامج في وحدات التخزين مثل الأقراص المرنة والصلبة، ويمكن تعديله بسهولة باستخدام لغات برمجة مثل لغة السلم (ladder)، وهي واحدة من أكثر لغات برمجة الـ PLC شيوعًا.
كيف يعمل PLC
الأجزاء الأساسية للـ PLC تتضمن وحدات الإدخال والإخراج، وحدة المعالجة المركزية (CPU)، وجهاز البرمجة. وفيما يلي وصف لهذه الأجزاء ووظائفها:
وحدات الإدخال (Input Units): تتكون من أجهزة تراقب الآلات وتساعد في التحكم في العمليات الصناعية. تشمل هذه الأجهزة المجسات (Sensors)، ومفاتيح الحد (Limit Switches)، ومفاتيح التشغيل والإيقاف، وبادئات تشغيل المحرك (Motor Starters). يمكن أن تكون وحدات الإدخال إما رقمية أو تناظرية:
قيم الدخل الرقمية: تكون في وضع التشغيل أو الإيقاف (ON/OFF).
قيم الدخل التناظرية: تمثل ظروف الماكينة أو العملية كمجموعة من قيم الجهد أو التيار.
تقوم دوائر إدخال الـ PLC بتحويل الإشارات من هذه الأجهزة إلى إشارات منطقية يمكن لوحدة المعالجة المركزية التعامل معها.
وحدة المعالجة المركزية (CPU): تُعد "عقل" الـ PLC، حيث تقوم بتقييم حالة المدخلات والمخرجات والمتغيرات الأخرى أثناء تنفيذ البرنامج المخزن مسبقًا. بعد تحليل البيانات، ترسل وحدة المعالجة المركزية إشارات لتحديث حالة المخرجات.
وحدات الإخراج (Output Units): تحول إشارات التحكم من وحدة المعالجة المركزية إلى قيم رقمية أو تناظرية تُستخدم للتحكم في أجهزة الإخراج المختلفة، مثل المحركات الكهربائية.
جهاز البرمجة (Programming Device): يُستخدم لكتابة وتعديل البرامج المخزنة في الـ PLC، حيث يمكن برمجة التحكم في العمليات المختلفة باستخدام لغات برمجة مثل لغة السلم (Ladder Logic).
بهذه الطريقة، يتمكن الـ PLC من أتمتة العمليات الصناعية بفعالية من خلال ربط المعلومات من وحدات الإدخال ومعالجتها في الـ CPU ثم تنفيذ الأوامر المطلوبة عبر وحدات الإخراج.
- تكلفة أقل وحجم أصغر، وسرعة في الأداء.
- سهولة صيانتها ومعرفة الخطأ إن وجد.
- توافر عدد كبير من المرحلات الداخلية والمؤقتات والعدادات وغيرها من الوظائف في جهاز واحد.
- عدد كبير من الملامسات المساعدة حيث يمكن تكرار استخدام نفس العنوان لعدد كبير من المرات.
- سهولة تنفيذ التعديلات وإصلاح الأخطاء: في لوحات كلاسيك كنترول التقليدية فإن أي تغيير في عمل نظام التحكم يستلزم تغيير التوصيلات مما يتطلب وقتًا وجهدًا، بينما يتم ذلك بواسطة تعديل البرنامج فقط في جهاز الـ PLC.
- سهولة متابعة العملية الصناعية خلال العمل من خلال البرنامج على جهاز الحاسوب وتوثيقها.
- الاعتمادية والموثوقية: حيث إن لوحات كلاسيك كنترول التقليدية تعتمد في عملها على المرحلات ذات طبيعة العمل الميكانيكية.
اترك تعليق