[F.Abdelaziz]

دورة : المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة PLC سيمنس S7-200

إعداد : مهندس / فتح الله عبد العزيز

http://www.eeecb.com/vb/index.php

الجزء الأول

أساسيات المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة PLC

المحتويات :
· مقدمة .
· المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة PLC .
· أنظمة الأعداد Number Systems .
· المصطلحات الفنية Terminology . .
· المتطلبات الأساسية .
· المتحكمات القابلة للبرمجة نوع S7-200 Micro PLCs .
· توصيل الأجهزة الخارجية .
· برمجة PLC .
· المداخل / المخارج المنفصلة (الرقمية) Discrete Inputs/Outputs .
· المداخل والمخارج التناظرية Analog Inputs and Outputs .
· المؤقتات Timers .
· العدادات Counters .
· تعليمات "السرعة المرتفعة " High-Speed Instructions .
· أسئلة للمراجعة .
· الاختبار النهائى .

مقدمة :
فى نهاية هذا الجزء سوف تكون قادرا على :
· التعرف على المكونات الرئيسية فى PLC ووصف لوظائفها .
· تحويل الأعداد من العشرى إلى الثنائى وإلى الثنائى المكود عشرى BCD والسداسى عشر .
· التعرف على المداخل والمخارج المنفصلة (الرقمية) والتناظرية القياسية .
· قراءة مخطط منطق السلم الأساسى ladder logic diagram وقائمة التعليمات statement list.
· التعرف على الاختلاف فى العمل بين موديولات S7-200 المختلفة .
· التعرف على كتاب الاستخدام المناسب للرجوع إليه عند البرمجة أو تثبيت S7-200 PLC .
· توصيل مدخل وخرج منفصل (رقمى) بسيط بالمتحكم S7-200 .
· اختيار موديول التوسعة (الزيادة) expansion module للمداخل والمخارج التناظرية .
· وصف عمل المؤقتات والعدادات .
هذه المعلومات سوف تساعدك على الفهم الأفضل لتطبيقات العميل . بالإضافة إلى ذلك , سوف تكون أقدر على وصف المنتجات للعميل وتحديد الفروق المهمة بين المنتجات . يجب عليك الإلمام بأساسيات الكهرباء قبل محاولة الدخول إلى أساسيات المتحكم PLC . من الأفضل معرفة أساسيات مكونات التحكم أيضا .

[F.Abdelaziz]

المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة PLC :
تعتبر المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة PLC من عائلة الحاسب (الكومبيوتر) , ويتم استخدامها فى التطبيقات التجارية والصناعية . يقوم PLC بمراقبة المدخلات واتخاذ قرارات على أساس برنامجها وتتحكم فى المخارج بغرض العمل الأتوماتيكى (أئتمة) للعملية أو الماكينة . يهدف هذا الجزء إمدادك بالمعلومات الأساسية بوظائف وإعدادات المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة PLCs .

أساس عمل PLC :
تتكون PLCs من موديولات (وحدات) دخل أو نقاط , و ووحدة معالجة مركزية CPU وموديولات (وحدات) خرج أو نقاط . يقبل الدخل مجموعة متنوعة من الإشارات الرقمية أو التناظرية من الأجهزة الميدانية (الحساسات- المستشعرات Sensors ) وتحولها إلى إشارة منطقية والتى يمكن أن تستخدم عن بواسطة وحدة المعالجة المركزية CPU .
تقوم وحدة المعالجة المركزية باتخاذ القرارات وتنفيذ تعليمات التحكم بناء على تعليمات البرنامج الموجود بالذاكرة .
تقوم وحدات الخرج بتحويل تعليمات التحكم من وحدة المعالجة المركزية إلى إشارة رقمية أو تناظرية والتى يمكن أن تستخدم فى التحكم فى مختلف الأجهزة الميدانية ( المنفذات (actuators .
يستخدم جهاز برمجة لإدخال التعليمات المطلوبة . هذه التعليمات تحدد ما سوف يقوم به PLC لمدخل معين . يستخدم جهاز واجة المستخدم ليسمح بعرض معلومات العملية وبارامترات التحكم الجديدة المطلوب إدخالها . المفاتيح الضاغطة Pushbuttons ( الحساسات) , فى هذا المثال البسيط , والموصلة بمداخل PLC , يمكن أن تستخدم لبدء وإيقاف المحرك الموصل بخرج PLC خلال بادىء المحرك ( المنفذ) .

[F.Abdelaziz]

دوائر التحكم التقليدية باستخدام توصيل الأسلاك Hard-wired control :
قبل PLC تم حل كثير من مهام التحكم بالتحكم عن طريق الكونتاكتورات والريلايات . تعرف هذه الطريقة باسم hard-wired control , وفيها يتم تصميم مخططات الدوائر الكهربية وتحديد المكونات الكهربية وثبيتها وإنشاء قائمة بتوصيلات الأسلاك حيث يقوم فنى الكهرباء بتوصيا المكونات بالأسلاك لتنفيذ مهمة محددة . إذا إرتكب خطأ ما يتم إعادة توصيل أسلاك جديدة بطريقة صحيحة . التغيير فى الوظيفة أو توسعة النظام يلزم إجراء تغييرات واسعة النطاق فى المكونات وإعادة التوصيلات .

المتحكمات المنطقية المبرمجة PLCs :
نفس الشىء بالإضافة إلى إمكانية القيام بمهام أكثر تعقيدا باستخدام PLCs . التوصيل بين الأجهزة وتلامسات الريلاى تتم فى برنامج PLC . على الرغم من أن التوصيل عن طريق الأسلاك مازال مطلوب للربط بين الأجهزة الميدانية , لكن بأقل كثافة . تعديل التطبيق وتصحيح الأخطاء يكون أسهل فى التعامل , كما أنه من السهل أنشاء وتغيير برنامج PLC عن توصيل الأسلاك ثم إعادة توصيلها من جديد .
المميزات :
· حلول صغيرة الحجم الطبيعى عن استخدام الأسلاك .
· أسهل وأسرع فى إجراء التغيرات .
· المتحكمات PLC لها تشخيص متكامل integrated diagnostics ووظائف متجاوزة (مهيمنة) override functions .
· التشخيص متاح مركزيا .
· يمكن توثيق التطبيقات على الفور .
· يمكن عمل نسخ من التطبيقات بشكل أسرع وبتكاليف أقل .

[F.Abdelaziz]

المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة PLCs لشركة سيمنس Siemens PLCs :
تنتج شركة سيمنس خطوط إنتاج PLC متعددة تحت اسم العائلة SIMATIC- S7 وهى :
S7-200, S7-300, S7-400 .
المتحكم S7-200 :
يشار للمتحكم S7-200 على أنه PLC مصغر micro بسبب صغر حجمه . المتحكم S7-200 له تصميم "لبنى" وهو ما يعنى أن مصدر القدرة والمداخل / المخارج تكون باللوحة . يمكن استخدام S7-200 فى التطبيقات الصغيرة والتطبيقات القائمة بذاتها مثل المصاعد الكهربائية وماكينات غسيل السيارات وملكينات الخلط . ويمكن أيضا أن يستخدم فى التطبيقات الصناعية الأكثر تعقيدا مثل ماكينات التعبئة وماكينات التغليف .

المتحكمات S7-300 , S7-400 :
تستخدم المتحكمات S7-300 , S7-400فى التطبيقات الأكثر تعقيدا والتى تعتمد نقاط دخل / خرج أكبر .
كلا النوعين يتكون من وحدات (موديولات) . مصدر القدرة والمداخل / المخارج تتكون من وحدات منفصلة توصل لوحدة المعالجة المركزية . اختيار S7-300 أو S7-400 يعتمد على تعقيد المهمة والتوسعة المستقبلية المحتملة .

[F.Abdelaziz]

أنظمة الأعداد Number Systems
حيث أن المتحكم المنطقى القابل للبرمجة هو كومبيوتر , فإنه يخزن المعلومات فى شكل حالة توصيل on أو "واحد 1" أو حالة فصل off أو "صفر 0"والمعروفة بالأرقام الثنائية binary digits ( البتات bits) .
أحيانا يتم استخدام الأرقام الثنائية منفردة وأحيانا يتم استخدامها لتمثيل القيم العددية .
النظام العشرى Decimal system :
تستخدم نم عددية مختلفة فى PLC . جميع النظم لها نفس الثلاثة خواص التالية : "الأرقام digit" و "الأساس أو الفاعدة base" و "الوزنweight" . النظام العشرى وهو الشائع الاستخدام فى الحياة اليومية له الخصائص التالية :

النظام الثنائى Binary system :
يستخدم النظام الثنائى فى المتحكمات القابلة للبرمجة . النظام الثنائى له الخواص التالية :

فى النظام الثنائى الآحاد 1s والأصفار 0s يتم ترتيبها فى أعمدة . كل عامود له وزن . العامود الأول له الوزن الثنائى 20 (اثنين أوس صفر) . وهذا يكافىء "واحد 1" عشرى ويعرف باسم "البت الأقل قيمة least significant bit" أو LSB . ويتضاعف الوزن الثنائى مع كل عامود تالى . العامود التالى ,على سبيل المثال, له الوزن 21 (اثنين أوس واحد) والذى يكافىء "إثنين 2" عشرى . القيمة العشرية تتضاعف مع كل عامود تالى . العدد الموجود بعامود أقصى اليسار يعرف باسم "البت الأكبر قيمة most significant bit " أو MSB . فى هذا المثال , البت الأكبر قيمة لها الوزن 27 (إثنين أوس سبعة) والذى يكافىء 128 عشرى .

تحويل العدد الثنائى إلى عدد عشرى :
تتبع الخطوات التالية :
1- إبحث من اليمين إلى اليسار ( من LSB إلى MSB ) عن "الآحاد 1s " .
2- أكتب التمثيل العشرى لكل عامود يحتوى على واحد 1 .
3- إجمع قيم الأعمدة .
فى المثال التالى , العامود الرابع والعالمود الخامس من من اليمين تحتوى على واحد 1 .
القيمة العشرية للعامود الرابع من اليمين هى 8 والقيمة العشرية للعامود الخامس من اليمين هى 16 . المكافىء العشرى لهذا العدد الثنائى يكون العدد 8 +16 = 24 .
مجموع جميع أوزان الأعمدة التى تحتوى على واحد هو العدد العشرى الذى يقوم PLC بتخزينه (حفظه).

فى المثال التالى العامود الرابع والعامود السادس من اليمين تحتوى على واحد 1 . القيمة العشرية للعامود الرابع من اليمين هى 8 , والقيمة العشرية للعامود السادس من اليمين هى 32 . العدد العشرى المكافىء لهذا العدد الثنائى يكون 8 + 32 = 40 .

[F.Abdelaziz]

البتات والبايتات والكلمات Bits, bytes, words :
كل قطعة من البيانات هى "بت" bit ,وكل 8 بتات تشكل واحد بايت byte وكل 2 بايت أو 16 بت تشكل كلمة word واحدة .

المنطق "صفر 0" والمنطق "واحد 1" Logic 0, logic 1 :
المتحكمات القابلة للبرمجة يمكنها فقط أن تفهم الإشارة التى فى شكل "توصيل on" أو "فصل off " ( موجودة أو غير موجودة) . النظام الثنائى هو النظام الذى لا يوجد به سوى عددين فقط "الواحد 1" و "الصفر 0" العدد الثنائى "واحد 1" يشير إلى أن الإشارة موجودة أو أن المفتاح فى حالة توصيل on . العدد الثنائى "صفر 0" يشير إلى أن الإشارة غير موجودة أو أن المفتاح فى حالة فصل off .

الأعداد الثنائية المكودة عشريا Binary-Coded Decimal (BCD) :
الأعداد الثنائية المكودة عشريا هى أعداد عشرية حيث يتم تمثيل كل رقم بعدد ثنائى مكون من أربعة بتات . الأعداد BCD شائعة الاستخدام مع أجهزة الدخل والخرج . المفتاح الدوار بأصبع الإبهام thumbwheel هو أحد أمثلة جهاز الدخل الذى يستخدم الأعداد BCD . يتم تقسيم الأعداد الثنائية إلى مجموعات من أربعة بتات , كل مجموعة تمثل عدد عشرى مكافىء . المفتاح الدوار ذات الأربعة أرقام , كالمبين بالشكل , يتحكم فى 16 (4 x 4) مدخل من مداخل PLC .

[F.Abdelaziz]

النظام السداسى عشر Hexadecimal
السداسى عشر هو نظام آخر يستخدم فى PLC . خواص النظام السداسى عشر هى ما يلى :

الأرقام العشرة للنظام العشرى تستخدم كأول عشرة أرقام فى النظام السداسى عشر وأول ستة أحرف هجائية تستخدم للستة أرقام الباقية .

يستخدم النظام السداسى عشر فى PLC لأنه يسمح بوضع عدد كبير من البتات الثنائية بحيث تكون ممثلة فى مساحة صغيرة على شاشة الكومبيوتر أو شاشة جهاز البرمجة ,على سبيل المثال . كل رقم عشرى يمثل الوضع الدقيق لأربعة بتات ثنائية . لتحويل العدد العشرى لعدد سداسى عشر يتم قسمة العدد العشرى على الأساس 16 . لتحول العدد العشرى 28 , على سبيل المثال , إلى عدد سداسى عشر :

ناتج قسمة العدد العشرى 28 على 16 هو1 والباقى 12 . العدد العشرى 12 يكافىء الحرف C بالسداسى عشر .لذلك فإن العدد الداسى عشر 1C يكافىء العدد العشرى 28 .
يتم الحصول على العدد العشرى المكافىء للعدد السداسى عشر عن طريق ضرب كل رقم سداسى عسر على حدة بوزن الأساس 16 ثم جمع النواتج . فى المثال التالى العدد السداسى عشر 2B يتم تحويله إلى العدد العشرى المكافىء وهو 43 :

أعداد التحويل Conversion of numbers :
الجدول التالى يبين بعض القيم ممثلة بالأنظمة : العشرى والثنائى والثنائى المكود عشرى والسداسى عشر :

[F.Abdelaziz]

المصطلحات الفنية Terminology

تتكون لغة PLC من مجموعة من المصطلحات الشائعة , كثير منها منفرد للمتحكمات PLCs . لفهم الأفكار والمفاهيم الخاصة بالمتحكمات PLCs من الضرورى فهم هذه المصطلحات .

الحساس ( سنسور) Sensor :
الحساس هو جهاز يقوم بتحويل حالة طبيعية إلى إشارة كهربائية لاستخدامها بواسطة المتحكم PLC . يتم توصيل الحساسات بمدخل PLC . المفتاح الضاغط أحد الأمثلة لحساس يوصل بمدخل PLC . ترسل الإشارة الكهربائية من المفتاح الضاغط إلى PLC لبيان حالة تلامسات المفتاح الضاغط ( مفتوحopen / مغلقclosed )

المنفذات Actuators :
تقوم المنفذات بتحويل الإشارة الكهربائية من PLC إلى حالة طبيعية . توصل المنفذات بخرج PLC .
بادىء المحرك هو أحد الأمثلة لمنفذ متصل بخرج PLC . تبعا لإشارة خرج PLC يقوم بادىء المحرك إما "ببدء" Start أو "إيقاف" Stop المحرك .