ملخص المعرفة عن PLC: القراءة الأساسية لمهندسي الكهرباء!
ملخص المعرفة عن PLC: القراءة الأساسية لمهندسي الكهرباء!
I. تعريف وتصنيف الشركات المحدودة العامة
PLC، أو وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، هي جيل جديد من أجهزة التحكم الصناعية العالمية. يعتمد على المعالجات الدقيقة ويدمج تكنولوجيا الكمبيوتر وتكنولوجيا التحكم الآلي وتكنولوجيا الاتصالات. تم تصميم PLCs خصيصًا للبيئات الصناعية، وتتميز ببرمجة سهلة الفهم باستخدام "لغة طبيعية" موجهة نحو عمليات التحكم والمستخدمين. وتتميز بالبساطة وسهولة التشغيل والموثوقية العالية.
تطورت PLCs من التحكم التسلسلي للمرحل، وتتمحور حول المعالجات الدقيقة وتعمل كأجهزة تحكم أوتوماتيكية متعددة الاستخدامات. دعونا نتعمق في التفاصيل:
1. التعريف
PLC هو نظام إلكتروني رقمي مصمم للتطبيقات الصناعية. ويستخدم ذاكرة قابلة للبرمجة لتخزين تعليمات العمليات مثل الحساب المنطقي والتحكم المتسلسل والتوقيت والعد والحساب. من خلال التفاعل مع المدخلات والمخرجات الرقمية والتناظرية، تتحكم PLCs في مختلف المعدات الميكانيكية وعمليات الإنتاج. تم تصميم كل من PLCs وأجهزتها الطرفية للتكامل بسلاسة مع أنظمة التحكم الصناعية ولتسهيل التوسع الوظيفي.
2. التصنيف
تأتي منتجات PLC في مجموعة واسعة بمواصفات وقدرات أداء مختلفة. يتم تصنيفها على نطاق واسع بناءً على الشكل الهيكلي والاختلافات الوظيفية وعدد نقاط الإدخال/الإخراج.
2.1 التصنيف حسب الشكل الهيكلي
يمكن تصنيف PLCs إلى أنواع متكاملة ووحدات نمطية بناءً على شكلها الهيكلي.
(1) PLC متكامل
تحتوي وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة المتكاملة على مكونات مثل مزود الطاقة ووحدة المعالجة المركزية وواجهات الإدخال/الإخراج داخل خزانة واحدة. وهي معروفة ببنيتها المدمجة وصغر حجمها والقدرة على تحمل التكاليف. عادة ما تعتمد الشركات المحدودة العامة صغيرة الحجم هذا الهيكل المتكامل. يتكون PLC المتكامل من وحدة أساسية (تُعرف أيضًا بالوحدة الرئيسية) مع نقاط إدخال / إخراج مختلفة ووحدة توسعة. تحتوي الوحدة الأساسية على وحدة المعالجة المركزية، وواجهات الإدخال/الإخراج، ومنفذ توسيع للاتصال بوحدات توسيع الإدخال/الإخراج، وواجهات للاتصال بمبرمج أو كاتب EPROM. من ناحية أخرى، تحتوي وحدة التوسيع فقط على مكونات الإدخال/الإخراج ومصدر الطاقة، بدون وحدة المعالجة المركزية. عادةً ما يتم توصيل الوحدة الأساسية ووحدة التوسيع عبر كابل مسطح. يمكن أيضًا تجهيز PLCs المتكاملة بوحدات وظيفية خاصة، مثل الوحدات التناظرية ووحدات التحكم في الموضع، لتوسيع قدراتها.
(2) وحدات PLC
تتميز وحدات PLC المعيارية بوحدات منفصلة لكل مكون، مثل وحدات وحدة المعالجة المركزية (CPU)، ووحدات الإدخال/الإخراج، ووحدات إمداد الطاقة (أحيانًا تكون مدمجة داخل وحدة وحدة المعالجة المركزية)، ووحدات وظيفية متنوعة. يتم تركيب هذه الوحدات على إطار أو لوحة الكترونية معززة. تكمن ميزة PLCs المعيارية في تكوينها المرن، مما يسمح باختيار موازين النظام المختلفة حسب الحاجة. كما أنها سهلة التجميع والتوسيع والصيانة. تعتمد الشركات المحدودة العامة المتوسطة والكبيرة الحجم بشكل عام على هيكل معياري.
بالإضافة إلى ذلك، تجمع بعض PLCs بين خصائص كلا النوعين المتكامل والمعياري، لتشكل ما يعرف بـ PLC المكدس. في PLCs المكدسة، تكون المكونات مثل وحدة المعالجة المركزية ومصدر الطاقة وواجهات الإدخال / الإخراج عبارة عن وحدات مستقلة متصلة عبر الكابلات ويمكن تكديسها طبقة بعد طبقة. لا يوفر هذا التصميم تكوينًا مرنًا للنظام فحسب، بل يسمح أيضًا بحجم صغير.
2.2 التصنيف حسب الوظيفة
بناءً على قدراتها الوظيفية، يمكن تقسيم PLCs إلى ثلاث فئات: منخفضة المستوى، ومتوسطة المدى، ومتطورة.
(1) PLC منخفض النهاية
تمتلك PLCs المنخفضة وظائف أساسية مثل العمليات المنطقية، والتوقيت، والعد، والتحويل، والتشخيص الذاتي، والمراقبة. وقد تشمل أيضًا كمية محدودة من المدخلات/المخرجات التناظرية، والعمليات الحسابية، ونقل البيانات ومقارنتها، ووظائف الاتصال. تُستخدم أجهزة PLC هذه بشكل أساسي في أنظمة التحكم ذات الآلة الواحدة التي تتضمن التحكم المنطقي أو التحكم المتسلسل أو كمية صغيرة من التحكم التناظري.
(2) PLC متوسط المدى
بالإضافة إلى وظائف PLCs المنخفضة، توفر PLCs متوسطة المدى قدرات أقوى في الإدخال / الإخراج التناظري، والعمليات الحسابية، ونقل البيانات ومقارنتها، وتحويل نظام الأرقام، والإدخال / الإخراج عن بعد، والإجراءات الفرعية، وشبكات الاتصالات. قد يتميز بعضها أيضًا بوظائف التحكم في المقاطعة والتحكم PID، مما يجعلها مناسبة لأنظمة التحكم المعقدة.
(3) PLC الراقية
تشتمل أجهزة PLC المتطورة، بالإضافة إلى قدرات PLC متوسطة المدى، على وظائف متقدمة مثل العمليات الحسابية الموقعة، وحسابات المصفوفة، وعمليات منطق البت، وحسابات الجذر التربيعي، وغيرها من عمليات الوظائف الخاصة. كما أنها تتميز بإمكانيات إنشاء الجدول ونقل الجدول. تتميز PLCs المتطورة بوظائف اتصالات وشبكات محسنة، مما يتيح التحكم في العمليات على نطاق واسع أو تشكيل أنظمة التحكم في الشبكة الموزعة، وبالتالي تحقيق أتمتة المصنع.
2.3 التصنيف حسب نقاط الإدخال/الإخراج
اعتمادًا على عدد نقاط الإدخال/الإخراج، يمكن تصنيف PLCs إلى فئات صغيرة ومتوسطة وكبيرة.
(1) PLC صغير
تحتوي أجهزة PLC الصغيرة على أقل من 256 نقطة إدخال/إخراج، وتتميز بوحدة معالجة مركزية واحدة، وتستخدم معالجات 8 بت أو 16 بت. عادةً ما تكون سعة ذاكرة المستخدم أقل من 4 كيلو بايت.
(2) PLC متوسط
تحتوي أجهزة PLC المتوسطة على ما بين 256 إلى 2048 نقطة إدخال/إخراج، وتستخدم وحدات معالجة مركزية مزدوجة، وتتراوح سعة ذاكرة المستخدم من 2 كيلو بايت إلى 8 كيلو بايت.
(3) PLC كبير
تتميز أجهزة PLC الكبيرة بأكثر من 2048 نقطة إدخال/إخراج، وتستخدم وحدات معالجة مركزية متعددة، ومجهزة بمعالجات 16 بت أو 32 بت. تتراوح سعة ذاكرة المستخدم الخاصة بهم من 8 كيلو بايت إلى 16 كيلو بايت.
في جميع أنحاء العالم، يمكن تصنيف منتجات PLC إلى ثلاثة أنواع إقليمية رئيسية: الأمريكية والأوروبية واليابانية. تم تطوير تقنيات PLC الأمريكية والأوروبية بشكل مستقل، مما أدى إلى اختلافات واضحة بين منتجاتها. ترث تكنولوجيا PLC اليابانية، التي تم تقديمها من الولايات المتحدة، خصائص معينة من PLCs الأمريكية ولكنها تركز على PLCs صغيرة الحجم. في حين أن الشركات PLC الأمريكية والأوروبية تشتهر بعروضها المتوسطة والكبيرة الحجم، فإن الشركات PLC اليابانية تشتهر بنظيراتها صغيرة الحجم.
ثانيا. وظائف ومجالات تطبيق PLCs
تجمع PLCs بين مزايا التحكم في ملامس التتابع ومرونة أجهزة الكمبيوتر. يحتوي هذا التصميم الفريد على العديد من الميزات التي لا مثيل لها مقارنة بوحدات التحكم الأخرى.
1. وظائف PLCs
باعتبارها جهاز تحكم آلي صناعي عالمي يتمحور حول المعالجات الدقيقة ويدمج تكنولوجيا الكمبيوتر وتكنولوجيا التحكم الآلي وتكنولوجيا الاتصالات، فإن PLCs تقدم العديد من المزايا. وتشمل هذه الموثوقية العالية والحجم الصغير والوظائف القوية وتصميم البرامج البسيط والمرن وتعدد الاستخدامات وسهولة الصيانة. ونتيجة لذلك، تجد الشركات المحدودة العامة تطبيقات واسعة النطاق في مجالات مثل المعادن والطاقة والمواد الكيميائية والنقل وتوليد الطاقة، حيث تظهر كواحدة من الركائز الثلاث للتحكم الصناعي الحديث (إلى جانب الروبوتات وCAD/CAM). استنادا إلى خصائص الشركات المحدودة العامة، يمكن تلخيص أشكالها الوظيفية على النحو التالي:
(1) تبديل التحكم المنطقي
تمتلك PLCs قدرات حسابية منطقية قوية، مما يمكنها من تحقيق العديد من الضوابط المنطقية البسيطة والمعقدة. هذا هو المجال الأساسي والأكثر تطبيقًا على نطاق واسع في أجهزة PLC، حيث يحل محل التحكم التقليدي في ملامس التتابع.
(2) التحكم التناظري
بلتم تجهيز Cs بوحدات تحويل A/D وD/A. تقوم وحدة A/D بتحويل الكميات التناظرية من المجال - مثل درجة الحرارة والضغط والتدفق والسرعة - إلى كميات رقمية. تتم بعد ذلك معالجة هذه الكميات الرقمية بواسطة المعالج الدقيق داخل PLC (حيث يمكن للمعالجات الدقيقة التعامل مع الكميات الرقمية فقط) واستخدامها لاحقًا للتحكم. وبدلاً من ذلك، تقوم وحدة D/A بتحويل الكميات الرقمية مرة أخرى إلى كميات تناظرية للتحكم في الكائن المتحكم فيه، وبالتالي تمكين PLCs من ممارسة التحكم في الكميات التناظرية.
(3) التحكم في العمليات
عادةً ما تتميز أجهزة PLC الحديثة المتوسطة والكبيرة الحجم بوحدات تحكم PID، مما يتيح التحكم في عملية الحلقة المغلقة. عندما ينحرف متغير أثناء عملية التحكم، يقوم PLC بحساب الإخراج الصحيح باستخدام خوارزمية PID، وبالتالي ضبط عملية الإنتاج والحفاظ على المتغير عند نقطة الضبط. في الوقت الحالي، تتضمن العديد من الشركات المحدودة العامة صغيرة الحجم أيضًا وظيفة التحكم PID.
(4) التحكم في التوقيت والعد
تتميز أجهزة PLC بقدرات قوية على التوقيت والعد، فهي قادرة على توفير العشرات أو المئات أو حتى الآلاف من أجهزة ضبط الوقت والعدادات. يمكن تعيين مدة التوقيت وقيم العد بشكل تعسفي من قبل المستخدم عند كتابة برنامج المستخدم، أو من قبل المشغلين في الموقع من خلال مبرمج. وهذا يتيح التحكم في التوقيت والعد. إذا كان المستخدمون بحاجة إلى حساب الإشارات عالية التردد، فيمكنهم اختيار وحدات العد عالية السرعة.
(5) التحكم التسلسلي
في التحكم الصناعي، يمكن تحقيق التحكم المتسلسل من خلال تعليمات خطوة PLC أو برمجة سجل التحول.
(6) معالجة البيانات
إن أجهزة PLC الحديثة ليست قادرة فقط على إجراء العمليات الحسابية، ونقل البيانات، والفرز، والبحث في الجداول، ولكنها يمكنها أيضًا إجراء مقارنة البيانات، وتحويل البيانات، ونقل البيانات، وعرض البيانات، والطباعة. لديهم قدرات قوية في معالجة البيانات.
(7) الاتصالات والشبكات
تشتمل معظم أجهزة PLC الحديثة على تقنيات الاتصالات والشبكات، وتتميز بواجهات RS-232 أو RS-485 للتحكم في الإدخال/الإخراج عن بعد. يمكن ربط العديد من PLCs بالشبكة والتواصل مع بعضها البعض. يمكن لوحدات معالجة الإشارات الخاصة بالأجهزة الخارجية تبادل البرامج والبيانات مع وحدة تحكم واحدة أو أكثر قابلة للبرمجة. يمكن تحقيق نقل البرامج ونقل ملفات البيانات والمراقبة والتشخيص من خلال واجهات الاتصال أو معالجات الاتصال، التي تستخدم واجهات الأجهزة القياسية أو بروتوكولات الاتصال الخاصة لتسهيل نقل البرامج والبيانات.
2. مجالات تطبيق الشركات المحدودة العامة
حاليًا، يتم استخدام الشركات المحدودة العامة على نطاق واسع محليًا ودوليًا في مختلف الصناعات، بما في ذلك الحديد والصلب والبترول والمواد الكيميائية والطاقة ومواد البناء والتصنيع الميكانيكي والسيارات والمنسوجات الخفيفة والنقل وحماية البيئة والترفيه الثقافي. ويمكن تصنيف تطبيقاتها على نطاق واسع على النحو التالي:
(1) تبديل التحكم المنطقي
هذا هو المجال الأساسي والأكثر تطبيقًا على نطاق واسع في أجهزة PLC، حيث يحل محل دوائر الترحيل التقليدية لتحقيق التحكم المنطقي والتسلسلي. يمكن استخدام PLCs للتحكم في آلة واحدة بالإضافة إلى التحكم في مجموعة متعددة الآلات وخطوط الإنتاج الآلية، مثل آلات القولبة بالحقن، وآلات الطباعة، وآلات التدبيس، وأدوات الآلات المجمعة، وآلات الطحن، وخطوط إنتاج التعبئة والتغليف، وخطوط تجميع الطلاء الكهربائي.
(2) التحكم التناظري
في عمليات الإنتاج الصناعي، العديد من الكميات المتغيرة باستمرار - مثل درجة الحرارة والضغط والتدفق ومستوى السائل والسرعة - هي كميات تناظرية. لتمكين PLCs من التعامل مع الكميات التناظرية، يجب تحقيق التحويلات A/D وD/A بين الكميات التناظرية والرقمية. يقوم مصنعو PLC بإنتاج وحدات تحويل A/D وD/A مصاحبة لتسهيل تطبيقات التحكم التناظرية لـ PLCs.
(3) التحكم في الحركة
بلكيمكن استخدامها للتحكم في الحركة الدوارة أو الخطية. فيما يتعلق بتكوين نظام التحكم، قامت التطبيقات المبكرة بتوصيل أجهزة استشعار الموضع والمشغلات مباشرة لتبديل وحدات الإدخال / الإخراج. في الوقت الحاضر، يتم استخدام وحدات التحكم في الحركة المتخصصة بشكل عام. يمكن لهذه الوحدات أن تقود التحكم في الموضع أحادي المحور أو متعدد المحاور لمحركات السائر أو المحركات المؤازرة. تتميز جميع منتجات الشركات المصنعة الرئيسية للـ PLC تقريبًا في جميع أنحاء العالم بقدرات التحكم في الحركة، والتي تستخدم على نطاق واسع في مختلف الآلات والأدوات الآلية والروبوتات والمصاعد والتطبيقات الأخرى.
(4) التحكم في العمليات
يشير التحكم في العملية إلى التحكم في الحلقة المغلقة للكميات التناظرية مثل درجة الحرارة والضغط والتدفق. لديها تطبيقات واسعة النطاق في مجالات مثل علم المعادن، والهندسة الكيميائية، والمعالجة الحرارية، والتحكم في الغلايات. باعتبارها أجهزة كمبيوتر للتحكم الصناعي، يمكن برمجة PLCs باستخدام مجموعة متنوعة من خوارزميات التحكم لإنجاز التحكم في الحلقة المغلقة. يعد التحكم PID طريقة تنظيم شائعة الاستخدام في أنظمة التحكم ذات الحلقة المغلقة. تم تجهيز كل من PLCs المتوسطة والكبيرة الحجم بوحدات PID، وفي الوقت الحالي، تتميز العديد من PLCs صغيرة الحجم أيضًا بهذه الوحدة الوظيفية. تتضمن معالجة PID عمومًا تشغيل روتين فرعي PID مخصص.
(5) معالجة البيانات
تم تجهيز PLCs الحديثة بعمليات رياضية (بما في ذلك حساب المصفوفة، وحساب الوظائف، والعمليات المنطقية)، ونقل البيانات، وتحويل البيانات، والفرز، والبحث عن الجدول، ووظائف معالجة البت. يمكنهم إجراء الحصول على البيانات وتحليلها ومعالجتها. ويمكن مقارنة هذه البيانات بالقيم المرجعية المخزنة في الذاكرة لتنفيذ عمليات تحكم محددة أو نقلها إلى أجهزة ذكية أخرى عبر وظائف الاتصال. ويمكن أيضًا طباعتها وتبويبها. تُستخدم معالجة البيانات عادةً في أنظمة التحكم واسعة النطاق، مثل أنظمة التصنيع المرنة غير المأهولة، وفي أنظمة التحكم في العمليات، مثل تلك الموجودة في صناعة الورق والمعادن وصناعة الأغذية.
(6) الاتصالات والشبكات
يشمل اتصال PLC الاتصال بين PLCs وبين PLCs والأجهزة الذكية الأخرى. مع تطور التحكم بالكمبيوتر، تطورت شبكات أتمتة المصانع بسرعة. يركز جميع مصنعي PLC بشكل كبير على قدرات الاتصال الخاصة بـ PLC وقد قدموا أنظمة الشبكة الخاصة بهم. تم تجهيز PLCs المنتجة حديثًا بواجهات اتصال، مما يجعل الاتصال مريحًا للغاية.
ثالثا. الهيكل الأساسي ومبدأ العمل للـ PLCs
كجهاز كمبيوتر للتحكم الصناعي، تشترك PLCs في أوجه التشابه في البنية مع أجهزة الكمبيوتر العادية. ومع ذلك، تنشأ الاختلافات بسبب اختلاف سيناريوهات الاستخدام وأهدافه.
1. مكونات أجهزة PLCs
يظهر الرسم التخطيطي للبنية الأساسية لمضيف PLC في الشكل أدناه: [الشكل]
في الرسم التخطيطي، يتكون مضيف PLC من وحدة المعالجة المركزية (CPU)، والذاكرة (EPROM، RAM)، ووحدات الإدخال/الإخراج، وواجهات الإدخال/الإخراج الطرفية، وواجهات الاتصال، ومصدر الطاقة. بالنسبة لـ PLCs المتكاملة، يتم وضع كل هذه المكونات داخل نفس الخزانة. في PLCs المعيارية، يتم تعبئة كل مكون بشكل مستقل كوحدة، ويتم توصيل الوحدات عبر حامل وكابلات. جميع الأجزاء داخل المضيف مترابطة من خلال حافلات الطاقة، وحافلات التحكم، وحافلات العناوين، وحافلات البيانات. اعتمادا على متطلبات كائن التحكم الفعلي، يتم تكوين أجهزة خارجية مختلفة لتشكيل أنظمة تحكم PLC مختلفة.
تشمل الأجهزة الخارجية الشائعة المبرمجين والطابعات وكاتبي EPROM. يمكن أيضًا تجهيز PLCs بوحدات اتصال للتواصل مع الأجهزة ذات المستوى الأعلى و PLCs الأخرى، وبالتالي تشكيل نظام تحكم موزع لـ PLCs.
فيما يلي مقدمة لكل مكون من مكونات PLC ودورها، لمساعدة المستخدمين على فهم مبادئ التحكم وعمليات العمل الخاصة بـ PLC بشكل أفضل.
(1) وحدة المعالجة المركزية
وحدة المعالجة المركزية هي مركز التحكم في PLC. تحت سيطرة وحدة المعالجة المركزية، يقوم PLC بالتنسيق والعمل بشكل منظم لتحقيق التحكم في مختلف المعدات الموجودة في الموقع. تتكون وحدة المعالجة المركزية من معالج دقيق ووحدة تحكم، ويمكنها إجراء العمليات المنطقية والرياضية وتنسيق عمل المكونات الداخلية المختلفة لنظام التحكم. تدير وحدة التحكم التشغيل المنظم لجميع أجزاء المعالج الدقيق. وظيفتها الأساسية هي قراءة التعليمات من الذاكرة وتنفيذها.
(2) الذاكرة
تم تجهيز PLCs بنوعين من الذاكرة: ذاكرة النظام وذاكرة المستخدم. تقوم ذاكرة النظام بتخزين برامج إدارة النظام، والتي لا يمكن للمستخدمين الوصول إليها أو تعديلها. تقوم ذاكرة المستخدم بتخزين برامج التطبيقات المجمعة وحالات بيانات العمل. يُعرف أيضًا جزء ذاكرة المستخدم الذي يخزن حالات بيانات العمل بمنطقة تخزين البيانات. يتضمن مناطق صورة بيانات الإدخال/الإخراج، ومناطق بيانات القيمة الحالية والمحددة مسبقًا للمؤقتات/العدادات، ومناطق عازلة لتخزين النتائج المتوسطة.
تشتمل ذاكرة PLC بشكل أساسي على الأنواع التالية:
ذاكرة القراءة فقط (ROM)
ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة (PROM)
ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة (EPROM)
ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح كهربائيًا والقابلة للبرمجة (EEPROM)
ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)
(3) وحدات الإدخال/الإخراج (I/O).
① تبديل وحدة الإدخال
تشتمل أجهزة تبديل الإدخال على مفاتيح وأزرار وأجهزة استشعار مختلفة وما إلى ذلك. يمكن أن تكون أنواع مدخلات PLC هي DC أو AC أو كليهما. يمكن توفير مصدر الطاقة لدائرة الإدخال من الخارج، أو في بعض الحالات، يتم توفيره داخليًا بواسطة PLC.
② تبديل وحدة الإخراج
تقوم وحدة الإخراج بتحويل إشارات التحكم على مستوى TTL الصادرة عن وحدة المعالجة المركزية عند تنفيذ برنامج المستخدم إلى إشارات مطلوبة في موقع الإنتاج لتشغيل معدات معينة، وبالتالي تشغيل آلية التنفيذ.
(4) مبرمج
يعد المبرمج جهازًا خارجيًا أساسيًا لـ PLCs. فهو يسمح للمستخدمين بإدخال البرامج في ذاكرة برنامج مستخدم PLC، وبرامج تصحيح الأخطاء، ومراقبة تنفيذ البرنامج. برمجياً، يمكن تصنيف المبرمجين إلى ثلاثة أنواع:
مبرمج يدوي
مبرمج رسومي
مبرمج كمبيوتر عام
(5) مصدر الطاقة
تقوم وحدة إمداد الطاقة بتحويل الطاقة الخارجية (على سبيل المثال، 220 فولت تيار متردد) إلى جهد تشغيل داخلي. يتم تحويل مصدر الطاقة المتصل خارجيًا إلى جهد التشغيل الذي تتطلبه الدوائر الداخلية لـ PLC (على سبيل المثال، DC 5V، ±12V، 24V) من خلال منظم جهد وضع التبديل المخصص داخل PLC. كما أنه يوفر مصدر طاقة تيار مستمر 24 فولت لأجهزة الإدخال الخارجية (على سبيل المثال، مفاتيح القرب) (لنقاط الإدخال فقط). يتم توفير مصدر الطاقة لتشغيل أحمال PLC بواسطة ...
(6) واجهات طرفية
تقوم دوائر الواجهة الطرفية بتوصيل المبرمجين المحمولين أو غيرهم من المبرمجين الرسوميين، وشاشات العرض النصية، ويمكن أن تشكل شبكة تحكم PLC عبر الواجهة الطرفية. يمكن لأجهزة PLC الاتصال بأجهزة الكمبيوتر باستخدام كبل PC/PPI أو بطاقة MPI من خلال واجهة RS-485، مما يتيح البرمجة والمراقبة والشبكات ووظائف أخرى.
2. المكونات البرمجية للـ PLCs
يشتمل برنامج PLC على برامج النظام وبرامج المستخدم. يتم تصميم برامج النظام وكتابتها بواسطة الشركات المصنعة للـ PLC ويتم تخزينها في ذاكرة نظام PLC. ولا يمكن للمستخدمين قراءتها أو كتابتها أو تعديلها مباشرة. تشتمل برامج النظام عادةً على برامج تشخيص النظام، وبرامج معالجة المدخلات، وبرامج التجميع، وبرامج نقل المعلومات، وبرامج المراقبة، وغيرها.
شيتم تجميع برامج ser بواسطة المستخدمين الذين يستخدمون لغات برمجة PLC بناءً على متطلبات التحكم. الجانب الأكثر أهمية في تطبيقات PLC هو استخدام لغات برمجة PLC لكتابة برامج المستخدم لتحقيق أهداف التحكم. نظرًا لأن أجهزة PLC تم تطويرها خصيصًا للتحكم الصناعي، فإن مستخدميها الأساسيين هم الفنيون الكهربائيون. لتلبية عاداتهم التقليدية وقدراتهم التعليمية، تستخدم الشركات المحدودة العامة في المقام الأول لغات مخصصة أبسط وأكثر قابلية للفهم وأكثر سهولة مقارنة بلغات الكمبيوتر.
هيكل التعليمات الرسومية
المتغيرات والثوابت الصريحة
هيكل البرنامج المبسط
عملية مبسطة لإنشاء البرمجيات التطبيقية
أدوات التصحيح المحسنة
3. مبدأ العمل الأساسي للـ PLCs
تنقسم عملية المسح PLC بشكل أساسي إلى ثلاث مراحل: أخذ عينات المدخلات، وتنفيذ برنامج المستخدم، وتحديث المخرجات. كما هو مبين في الشكل: [الشكل]
مرحلة أخذ العينات المدخلة
أثناء مرحلة أخذ عينات الإدخال، يقوم PLC بقراءة جميع حالات الإدخال والبيانات بشكل تسلسلي بطريقة المسح ويخزنها في الوحدات المقابلة لمنطقة صورة الإدخال / الإخراج. بعد اكتمال أخذ عينات الإدخال، تنتقل العملية إلى مراحل تنفيذ برنامج المستخدم وتحديث الإخراج. في هاتين المرحلتين، حتى لو تغيرت حالات الإدخال والبيانات، فلن تتغير الحالات والبيانات في الوحدات المقابلة لمنطقة صورة الإدخال/الإخراج. لذلك، إذا كان الإدخال عبارة عن إشارة نبضية، فيجب أن يكون عرض النبضة أكبر من دورة مسح واحدة لضمان إمكانية قراءة الإدخال تحت أي ظرف من الظروف.
مرحلة تنفيذ برنامج المستخدم
أثناء مرحلة تنفيذ برنامج المستخدم، يقوم PLC دائمًا بمسح برنامج المستخدم (مخطط سلمي) في تسلسل من أعلى إلى أسفل. عند مسح كل مخطط سلم، فإنه يقوم أولاً بمسح دائرة التحكم التي تشكلها جهات الاتصال الموجودة على الجانب الأيسر من مخطط السلم. يتم تنفيذ العمليات المنطقية على دائرة التحكم بترتيب من اليسار إلى اليمين ومن الأعلى إلى الأسفل. بعد ذلك، استنادًا إلى نتائج العمليات المنطقية، يتم تحديث حالة البت المقابل في منطقة تخزين ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) للنظام للملف المنطقي، أو يتم تحديث حالة البت المقابل في منطقة صورة الإدخال / الإخراج لملف الإخراج، أو يتم تحديد ما إذا كان سيتم تنفيذ تعليمات الوظيفة الخاصة المحددة بواسطة مخطط السلم.
أي أنه أثناء تنفيذ برنامج المستخدم، تبقى فقط حالات وبيانات نقاط الإدخال في منطقة صورة الإدخال/الإخراج دون تغيير، بينما قد تتغير حالات وبيانات نقاط الإخراج والأجهزة الأخرى في منطقة صورة الإدخال/الإخراج أو منطقة تخزين ذاكرة الوصول العشوائي للنظام. ستؤثر مخططات السلم الموضوعة في الأعلى على نتائج تنفيذ مخططات السلم السفلي التي تشير إلى هذه الملفات أو البيانات. وعلى العكس من ذلك، فإن الحالات أو البيانات المحدثة للملفات المنطقية في مخططات السلم السفلي ستؤثر فقط على مخططات السلم الأعلى في دورة المسح التالية.
مرحلة تحديث الإخراج
عند اكتمال فحص برنامج المستخدم، يدخل PLC مرحلة تحديث الإخراج. خلال هذه المرحلة، تقوم وحدة المعالجة المركزية بتحديث جميع دوائر مزلاج الإخراج وفقًا للحالات والبيانات الموجودة في منطقة صورة الإدخال/الإخراج وتقوم بتشغيل الأجهزة الطرفية المقابلة عبر دوائر الإخراج. يمثل هذا الإخراج الحقيقي للـ PLC.
ظاهرة تأخر الإدخال/الإخراج
من خلال عملية عمل PLC، يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية:
يتم تنفيذ البرامج بطريقة المسح، مما يؤدي إلى تأخر متأصل في العلاقة المنطقية بين إشارات الإدخال والإخراج. كلما طالت دورة المسح، كلما زاد التأخير.
بالإضافة إلى الوقت الذي تستغرقه مراحل العمل الثلاث الرئيسية - أخذ عينات المدخلات، وتنفيذ برنامج المستخدم، وتحديث المخرجات - تتضمن دورة المسح أيضًا الوقت الذي تستغرقه عمليات إدارة النظام. ويرتبط الوقت المستغرق لتنفيذ البرنامج بطول البرنامج وتعقيد عمليات التعليمات، بينما تظل العوامل الأخرى ثابتة نسبيًا. تكون دورات المسح عادةً في حدود المللي ثانية أو الميكروثانية.
أثناء تنفيذ المسح n، فإن بيانات الإدخال المعتمدة هي قيمة العينة X التي تم الحصول عليها أثناء مرحلة أخذ العينات من دورة المسح تلك. تعتمد بيانات الإخراج Y(n) على كل من قيمة الإخراج Y(n-1) من الفحص السابق وقيمة الإخراج الحالية Yn. تمثل الإشارة المرسلة إلى محطة الخرج النتيجة النهائية Yn بعد تنفيذ جميع الحسابات خلال هذه الدورة.
لا يرتبط تأخر استجابة الإدخال/الإخراج بطريقة المسح فحسب، بل يرتبط أيضًا بترتيب تصميم البرنامج.