جاري تحميل ... electrokarim77

إعلان الرئيسية

close

أخبار ساخنة

إعلان في أعلي التدوينة

close
PLC

وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs): الأساسيات والأنواع والتطبيقات

 
محتويات
 ما هو PLC؟
 أساسيات PLC
 كيف يعمل PLC؟
 الهيكل المادي لـ PLC
 الرف أو الهيكل
 وحدة امدادات الطاقة
 وحدة CPU والذاكرة
 وحدة الإدخال والإخراج
 وحدة واجهة الاتصال
 أنواع PLCs
 مدمج PLC
 وحدات PLC
 تطبيقات PLC
 برمجة PLC
 سلم المنطق
 مخططات الكتلة الوظيفية
 برمجة نص منظم
 أمثلة على برمجة PLC
 تاريخ PLCs




وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs): الأساسيات والأنواع والتطبيقات



ما هو PLC؟



 PLC تعني "وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة".  جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة هو جهاز كمبيوتر مصمم خصيصًا للعمل بشكل موثوق في البيئات الصناعية القاسية - مثل درجات الحرارة القصوى و / أو الظروف الرطبة و / أو الجافة و / أو المتربة.  تُستخدم PLC لأتمتة العمليات الصناعية مثل خط تجميع مصنع التصنيع ، أو مصنع معالجة الخام ، أو محطة معالجة مياه الصرف الصحي.



 تشترك PLC في العديد من ميزات الكمبيوتر الشخصي لديك في المنزل.  كلاهما يحتوي على مصدر طاقة ووحدة معالجة مركزية (وحدة معالجة مركزية) ومدخلات ومخرجات (I / O) وذاكرة وبرنامج تشغيل (على الرغم من أنه برنامج تشغيل مختلف).



أكبر الاختلافات هي أن PLC يمكن أن يؤدي وظائف منفصلة ومستمرة لا يستطيع الكمبيوتر القيام بها ، وأن PLC أكثر ملاءمة للبيئات الصناعية الخشنة.  يمكن اعتبار PLC بمثابة كمبيوتر رقمي "قوي" يدير العمليات الكهروميكانيكية للبيئة الصناعية.


 تلعب PLCs دورًا مهمًا في مجال الأتمتة ، باستخدام تشكيل جزء من نظام SCADA أكبر.  يمكن برمجة PLC وفقًا للمتطلبات التشغيلية للعملية.  في الصناعة التحويلية ، ستكون هناك حاجة إلى إعادة البرمجة بسبب التغيير في طبيعة الإنتاج.  للتغلب على هذه الصعوبة ، تم إدخال أنظمة التحكم القائمة على PLC.  سنناقش أولاً أساسيات PLC قبل النظر في التطبيقات المختلفة لـ PLC.


 إذا كنت تريد تعلم كيفية برمجة PLCs ، فيجب عليك التحقق من بعض الدورات التدريبية المختلفة عبر الإنترنت PLC.  يمكن أن تساعد هذه الدورات في بدء حياتك المهنية في هندسة التحكم.



 أساسيات PLC


اخترع ديك مورلي PLCs في عام 1964. ومنذ ذلك الحين أحدثت PLC ثورة في قطاعي الصناعة والتصنيع.  هناك مجموعة واسعة من وظائف PLC مثل التوقيت ، والعد ، والحساب ، والمقارنة ، ومعالجة الإشارات التناظرية المختلفة.


 الميزة الرئيسية لـ PLC على نظام التحكم "السلكي" هي أنه يمكنك العودة وتغيير PLC بعد برمجته ، بتكلفة قليلة (تكلفة وقت المبرمج فقط).  في نظام التحكم ذي الأسلاك الصلبة ، يتعين عليك في الأساس اقتلاع الأسلاك والبدء من نقطة الصفر (وهو أغلى ثمناً ويستغرق وقتًا أطول).  دعونا نلقي نظرة على مثال لفهم هذه الميزة بشكل أفضل.


 تخيل أن لديك ضوءًا متصلًا بمفتاح.  بشكل عام ، يعمل الضوء في ظل حالتين - ON و OFF.  لقد تم تكليفك الآن بمهمة أنه عند تشغيل المفتاح ، يجب أن يتوهج الضوء فقط بعد 30 ثانية.  مع هذا الإعداد المتشدد - نحن عالقون.  الطريقة الوحيدة لتحقيق ذلك هي إعادة توصيل دارتنا بالكامل لإضافة مرحل توقيت.  هذا كثير من المتاعب لتغيير طفيف.



وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs): الأساسيات والأنواع والتطبيقات
قابس الضوء


هذا هو المكان الذي تظهر فيه وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة في الصورة ، والتي لا تتطلب أي أسلاك وأجهزة إضافية للتأكد من التغيير.  بدلاً من ذلك ، يتطلب تغييرًا بسيطًا في الكود ، وبرمجة PLC لتشغيل الضوء فقط بعد 30 ثانية من تشغيل المفتاح.  لذلك ، باستخدام PLC ، من السهل دمج مدخلات ومخرجات متعددة.


هذا مجرد مثال بسيط - يتمتع PLC بالقدرة على التحكم في عمليات أكبر وأكثر تعقيدًا.  يمكن تخصيص PLC اعتمادًا على التطبيق واحتياجات المستخدم.







كيف يعمل PLC؟


 يمكن فهم عمل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة بسهولة على أنها طريقة مسح دوري تعرف باسم دورة المسح.



مخطط كتلة لكيفية عمل PLC



تتضمن عملية مسح PLC الخطوات التالية:


  • يبدأ نظام التشغيل في التدوير ومراقبة الوقت.


  •  تبدأ وحدة المعالجة المركزية في قراءة البيانات من وحدة الإدخال وتتحقق من حالة جميع المدخلات.
 

  • تبدأ وحدة المعالجة المركزية في تنفيذ برنامج المستخدم أو التطبيق المكتوب بمنطق سلم الترحيل أو أي لغة برمجة PLC أخرى.


  •  بعد ذلك ، تقوم وحدة المعالجة المركزية بتنفيذ جميع مهام التشخيص والاتصال الداخلية.


  •  وفقًا لنتائج البرنامج ، يقوم بكتابة البيانات في وحدة الإخراج بحيث يتم تحديث جميع المخرجات.


  •  تستمر هذه العملية طالما أن PLC في وضع التشغيل.


الهيكل المادي لـ PLC


 يشبه هيكل PLC تقريبًا بنية الكمبيوتر.



مخطط كتلة PLC




أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة تراقب باستمرار قيم المدخلات من أجهزة استشعار المدخلات المختلفة (مثل مقياس التسارع ، مقياس الوزن ، الإشارات السلكية ، إلخ) وتنتج مخرجات مقابلة اعتمادًا على طبيعة الإنتاج والصناعة.  يتكون مخطط الكتلة النموذجي لـ PLC من خمسة أجزاء وهي:



  • الرف أو الهيكل
  •  وحدة امدادات الطاقة
  •  وحدة المعالجة المركزية (CPU)
  •  وحدة الإدخال والإخراج
  •  وحدة واجهة الاتصال


الرف أو الهيكل


في جميع أنظمة PLC ، يشكل حامل أو هيكل PLC أهم وحدة ويعمل بمثابة العمود الفقري للنظام.  تتوفر PLCs بأشكال وأحجام مختلفة.  عندما يتم تضمين أنظمة تحكم أكثر تعقيدًا ، فإنها تتطلب رفوف PLC أكبر.

 تم تجهيز PLC صغير الحجم بتكوين دبوس I / O ثابت.  لذلك ، فقد ذهبوا إلى الرف من النوع المعياري PLC ، والذي يقبل أنواعًا مختلفة من وحدات الإدخال / الإخراج مع الانزلاق والملاءمة في المفهوم.  ستكون جميع وحدات الإدخال / الإخراج موجودة داخل هذا الحامل / الهيكل.





وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs): الأساسيات والأنواع والتطبيقات



وحدة امدادات الطاقة



 تستخدم هذه الوحدة لتوفير الطاقة المطلوبة لنظام PLC بأكمله.  يقوم بتحويل طاقة التيار المتردد المتاحة إلى طاقة التيار المستمر التي تتطلبها وحدة المعالجة المركزية ووحدة الإدخال / الإخراج.  يعمل PLC بشكل عام على مصدر تيار مستمر بجهد 24 فولت.  قليل من PLC يستخدم مصدر طاقة معزول.


وحدة CPU والذاكرة


 تحتوي وحدة CPU على معالج مركزي وذاكرة ROM و RAM.  تتضمن ذاكرة ROM نظام تشغيل وبرامج تشغيل وبرامج تطبيقات.  تستخدم ذاكرة RAM لتخزين البرامج والبيانات.  وحدة المعالجة المركزية هي عقل PLC بمعالج دقيق ثماني أو سداسي.



نظرًا لكونها وحدة معالجة مركزية تعتمد على المعالجات الدقيقة ، فإنها تحل محل أجهزة ضبط الوقت والمرحلات والعدادات.  يمكن دمج نوعين من المعالجات مثل بت واحد أو معالج كلمات مع PLC.  يستخدم معالج بت واحد لأداء وظائف المنطق.  بينما تُستخدم معالجات الكلمات لمعالجة النصوص والبيانات الرقمية والتحكم في البيانات وتسجيلها.


 تقرأ وحدة المعالجة المركزية بيانات الإدخال من أجهزة الاستشعار ، وتعالجها ، ثم ترسل الأمر في النهاية إلى أجهزة التحكم.  مصدر طاقة التيار المستمر كما ذكر في المناقشة السابقة مطلوب إشارات جهد.  تحتوي وحدة المعالجة المركزية أيضًا على أجزاء كهربائية أخرى لتوصيل الكابلات التي تستخدمها الوحدات الأخرى.



 وحدة الإدخال والإخراج



 هل فكرت يومًا في كيفية الشعور بالمعايير الفيزيائية مثل درجة الحرارة والضغط والتدفق وما إلى ذلك؟  باستخدام PLC؟  بالطبع ، يحتوي PLC على وحدة حصرية لربط المدخلات والمخرجات ، والتي تسمى وحدة الإدخال والإخراج.


 يمكن أن تكون أجهزة الإدخال إما أزرار تشغيل وإيقاف ، ومفاتيح ، وما إلى ذلك ، ويمكن أن تكون أجهزة الإخراج عبارة عن سخان كهربائي ، وصمامات ، ومرحلات ، وما إلى ذلك. تساعد وحدة الإدخال / الإخراج على واجهة أجهزة الإدخال والإخراج بمعالج دقيق.  يتم شرح وحدة الإدخال الخاصة بـ PLC في الشكل أدناه.



وحدة إدخال PLC







مخطط الدائرة لوحدة إدخال PLC



تقوم وحدة الإدخال في PLC بأربع وظائف رئيسية.


  1. تستقبل واجهة وحدة الإدخال الإشارة من أجهزة المعالجة عند 220 فولت تيار متردد
  2.  يحول إشارة الإدخال إلى 5 فولت تيار مباشر يمكن استخدامها بواسطة PLC
  3.  يتم استخدام كتلة المعزل لعزل / منع PLC من التقلبات
  4.  بعد ذلك يتم إرسال الإشارة إلى نهاية الإخراج ، أي PLC


يوجد قسمان رئيسيان في وحدة الإدخال وهما قسم الطاقة والقسم المنطقي.  كلا القسمين معزولان كهربائيا عن بعضهما البعض.  زر الضغط في البداية مغلق.  لذلك ، يتم توفير 220 فولت تيار متردد لدائرة الجسر من خلال المقاومات R1 و R2.

 يتم استخدام مقوم الجسر (مثل مقوم جسر الصمام الثنائي) لتحويل إشارة التيار المتردد إلى تيار مستمر ويستخدم الصمام الثنائي Zener لتوفير مصدر جهد منخفض إلى LED.  عندما يسقط ضوء LED على الترانزستور الضوئي ، فإنه يعمل في منطقة التوصيل.  أخيرًا ، يتم تزويد المعالج بجهد 5 فولت تيار مستمر.

 تعمل وحدة الإخراج من PLC بشكل مشابه لوحدة الإدخال ولكن في العملية العكسية.  إنه يتعامل مع حمل الإخراج والمعالج.  إذن هنا القسم الأول سيكون جلسة المنطق ويأتي قسم الطاقة بعد ذلك.  يظهر عمل وحدة الإخراج في الشكل أدناه



وحدة إخراج PLC



لذلك ، هنا عندما يتم إنشاء إشارة عالية لمنطق البرنامج من المعالج ، سيتم تشغيل مؤشر LED ويسمح للضوء بالسقوط على الترانزستور الضوئي.  عندما ينتقل الترانزستور إلى منطقة التوصيل ، فإنه يولد نبضة إلى بوابة الترياك.  يتم استخدام كتلة المعزل لعزل قسم المنطق وقسم التحكم.



 وحدة واجهة الاتصال




 لنقل المعلومات بين وحدة المعالجة المركزية وشبكات الاتصال ، يتم استخدام وحدات إدخال / إخراج ذكية.  تساعد وحدات الاتصال هذه على الاتصال بـ PLCs وأجهزة الكمبيوتر الأخرى الموضوعة في مكان بعيد.




 أنواع PLCs



 النوعان الرئيسيان من PLC هما PLC الثابت / المضغوط و PLC المعياري.




 مدمج PLC



 في حالة واحدة ، سيكون هناك العديد من الوحدات.  يحتوي على عدد ثابت من وحدات الإدخال / الإخراج وبطاقات الإدخال / الإخراج الخارجية.  لذلك ، ليس لديها القدرة على توسيع الوحدات.  سيتم تحديد كل مدخلات ومخرجات من قبل الشركة المصنعة.




 وحدات PLC



 يسمح هذا النوع من PLC بالتوسع المتعدد من خلال "الوحدات النمطية" ، ومن ثم يشار إليها باسم PLC المعياري.  يمكن زيادة مكونات الإدخال / الإخراج.  إنه أسهل في الاستخدام لأن كل مكون مستقل عن الآخر.





نوع معياري PLC


تنقسم PLC إلى ثلاثة أنواع بناءً على الإخراج وهي خرج المرحل ، خرج الترانزستور ، وإخراج Triac Output PLC.  نوع خرج المرحل هو الأنسب لكل من أجهزة إخراج التيار المتردد والتيار المستمر.  يستخدم نوع خرج الترانزستور PLC عمليات التحويل ويستخدم داخل المعالجات الدقيقة.

 وفقًا للحجم المادي ، يتم تقسيم PLC إلى Mini و Micro و Nano PLC.

 بعض الشركات المصنعة لـ PLCs تشمل:



  • ألن برادلي
  •  ABB
  •  سيمنز
  •  ميتسوبيشي PLC
  •  هيتاشي بي ال سي
  •  دلتا بي ال سي
  •  جنرال إلكتريك (GE) PLC
  •  هانيويل بي إل سي



تطبيقات PLC
 
لدى PLCs مجموعة متنوعة من التطبيقات والاستخدامات ، بما في ذلك:



  1. مصانع أتمتة العمليات (مثل التعدين والنفط والغاز)
  2.  صناعة الزجاج
  3.  صناعة الورق
  4.  صناعة الاسمنت
  5.  في الغلايات - محطات توليد الطاقة الحرارية


برمجة PLC


 عند استخدام PLC ، من المهم تصميم وتنفيذ المفاهيم اعتمادًا على حالة الاستخدام الخاصة بك.  للقيام بذلك ، نحتاج أولاً إلى معرفة المزيد عن تفاصيل برمجة PLC.

 يتكون برنامج PLC من مجموعة من التعليمات إما في شكل نصي أو رسومي ، والتي تمثل المنطق الذي يحكم العملية التي يتحكم فيها PLC.  يوجد تصنيفان رئيسيان للغات برمجة PLC ، وهما مقسمان أيضًا إلى العديد من الأنواع المصنفة الفرعية.



لغة نصية
  •  قائمة التعليمات
  •  نص منظم
 شكل رسومي
  •  مخططات سلم (LD) (أي منطق سلم)
  •  مخطط كتلة الوظيفة (FBD)
  •  مخطط الوظائف المتسلسلة (SFC)
  •  على الرغم من أنه يمكن استخدام جميع لغات برمجة PLC هذه لبرمجة PLC ، إلا أن اللغات الرسومية (مثل منطق السلم) تُفضل عادةً على اللغات النصية (مثل برمجة النصوص المهيكلة).


على الرغم من أنه يمكن استخدام جميع لغات برمجة PLC هذه لبرمجة PLC ، إلا أن اللغات الرسومية (مثل منطق السلم) تُفضل عادةً على اللغات النصية (مثل برمجة النصوص المهيكلة).


 سلم المنطق


 منطق السلم هو أبسط أشكال برمجة PLC.  يُعرف أيضًا باسم "منطق الترحيل".  يتم تمثيل جهات اتصال الترحيل المستخدمة في أنظمة التحكم في الترحيل باستخدام منطق السلم.

 يوضح الشكل أدناه مثالًا بسيطًا لمخطط سلم.



منطق سلم PLC



في المثال المذكور أعلاه ، يتم استخدام زرين ضغط للتحكم في حمل المصباح نفسه.  عندما يتم إغلاق أي مفتاح من المفاتيح ، سوف يتوهج المصباح.

 يُطلق على الخطين الأفقيين اسم الدرجات ويطلق على الخطين الرأسيين اسم القضبان.  تشكل كل درجة التوصيل الكهربائي بين السكة الموجبة (P) والسكك الحديدية السلبية (N).  هذا يسمح للتيار بالتدفق بين أجهزة الإدخال والإخراج.


 مخططات الكتلة الوظيفية


 مخطط الكتلة الوظيفية (FBD) هو طريقة بسيطة ورسومية لبرمجة وظائف متعددة في PLC.  وصفت PLCOpen استخدام FBD في المعيار IEC 61131-3.  كتلة الوظيفة هي وحدة تعليمات البرنامج التي ، عند تنفيذها ، تنتج قيمة إخراج واحدة أو أكثر.

 يتم تمثيله بواسطة كتلة كما هو موضح أدناه.  يتم تمثيله على شكل كتلة مستطيلة مع مدخلات تدخل على اليسار وخطوط الإخراج تترك على اليمين.  يعطي علاقة بين حالة المدخلات والمخرجات



كتلة الوظيفة



ميزة استخدام FBD هي أنه يمكن استخدام أي عدد من المدخلات والمخرجات في الكتلة الوظيفية.  عند استخدام مدخلات ومخرجات متعددة ، يمكنك توصيل خرج وظيفة واحدة بمدخل آخر.  حيث يتم بناء مخطط كتلة الوظيفة.




مثال مخطط الكتلة الوظيفية



يوضح الشكل أدناه مجموعات الوظائف المختلفة المستخدمة في برمجة FBD.



البرمجة الوظيفية


يوضح الشكل أدناه مخطط سلم ومكافئ كتلة وظيفته في تدوين سيمنز.



سلم إلى كتلة وظيفية [المصدر]



مخطط كتلة سلم إلى وظيفي [المصدر]



برمجة نص منظم


 النص المنظم هو لغة برمجة نصية تستخدم عبارات لتحديد ما يجب تنفيذه.  يتبع بروتوكولات البرمجة الأكثر تقليدية ولكنها ليست حساسة لحالة الأحرف.  تتكون سلسلة من العبارات (المنطق) من التعبير عن التخصيصات والعلاقات باستخدام عدة عوامل.  تم إدراج عوامل تشغيل نص الهياكل أدناه في الصورة.



برمجة نص منظم


أمثلة على برمجة PLC


 يلزم تشغيل مصباح إشارة إذا كانت المضخة تعمل وكان الضغط مرضيًا ، أو إذا كان مفتاح اختبار المصباح مغلقًا.  في هذا التطبيق ، إذا كان يجب أن يكون هناك إخراج من مدخلات المصباح من كل من المضخة ومستشعرات الضغط مطلوبة.  ومن ثم ، يتم استخدام البوابات المنطقية AND.

 يستخدم المنطق OR لشرط إدخال الاختبار ، فمن الضروري إعطاء خرج المصباح بغض النظر عما إذا كانت هناك إشارة من نظام AND.  باستخدام تعليمات END أو RET في مخطط السلم ، يمكننا أن نقول أن PLC قد وصلت إلى نهاية البرنامج.  يظهر مخطط كتلة الوظيفة ومخطط السلم أدناه في الشكل.




برنامج PLC لاختبار توهج المصباح



كمثال آخر ، ضع في اعتبارك الصمام الذي سيتم تشغيله لرفع الحمل عند تشغيل المضخة وإما تشغيل مفتاح الرفع أو تشغيل مفتاح للإشارة إلى أن الحمل لم يتم رفعه بالفعل وأنه موجود في أسفل قناة الرفع الخاصة به  .

 يستخدم منطق OR لمفتاحين ويتم استخدام منطق AND مع مفتاحين والمضخة.  لن يتم تشغيل الصمام إلا في حالة تشغيل المضخة وتشغيل مفتاحين.





برنامج PLC لتشغيل الصمام


ضع في اعتبارك آلة المشروبات التي تسمح باختيار الشاي أو القهوة أو الحليب أو بدون حليب أو سكر أو بدون سكر ، وستوفر المشروب الساخن المطلوب عند إدخال عملة معدنية.  من الشكل الموضح أدناه ، يتضح أنه يتم اختيار الشاي أو القهوة باستخدام أول بوابة منطقية أو.

 تعطي البوابة AND الأولى ناتجًا عند اختيار الشاي أو القهوة وإدخال عملة معدنية في الماكينة.  يتم إعطاء الإخراج من بوابة AND هذه إلى البوابة الثانية AND.  تعمل البوابة AND الثانية فقط عندما يتحد الماء الساخن مع الشاي.  يعد الحليب والسكر إضافات اختيارية يمكن أن تحدث بعد إدخال العملة المعدنية.




FBD لآلة الشرب




منطق سلم لتطبيق آلة الشرب


تاريخ PLCs

 لم تكن العديد من المتغيرات المنطقية القديمة قادرة على التمثيل الرسومي للمنطق ، ولذلك تم تمثيلها بدلاً من ذلك كسلسلة من التعبيرات المنطقية بتنسيق منطقي (على غرار الجبر المنطقي).

 مع تطور محطات البرمجة ، أصبح استخدام منطق السلم أكثر شيوعًا ، لأنه كان تنسيقًا مألوفًا يستخدم في لوحات التحكم الكهروميكانيكية.  توجد تنسيقات أكثر حداثة ، مثل منطق الحالة ومخططات كتلة الوظيفة ، لكنها لا تزال غير شائعة مثل منطق السلم.

 أحد الأسباب المحتملة لذلك هو أن المبرمجين يفضلون الجاذبية المرئية لمنطق السلم على البرمجة النصية المهيكلة.

 حتى منتصف التسعينيات تقريبًا ، تمت برمجة PLCs باستخدام لوحات برمجة خاصة أو محطات برمجة ذات أغراض خاصة ، والتي غالبًا ما كانت تحتوي على مفاتيح وظائف مخصصة تمثل العناصر المنطقية المختلفة لبرامج PLC.

 عرضت بعض محطات البرمجة الاحتكارية عناصر برامج PLC كرموز رسومية ، لكن تمثيلات رمز ASCII العادي لجهات الاتصال والملفات والأسلاك كانت شائعة.



الوسوم:

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

إعلان أسفل المقال

إتصل بنا

نموذج الاتصال

الاسم

بريد إلكتروني *

رسالة *