برمجة المتحكم المنطقى المبرمج من أجل الأتمتة الصناعية PLC Programming for Industrial

[F.Abdelaziz]

برمجة المتحكم المنطقى المبرمج من أجل الأتمتة الصناعية
PLC Programming for Industrial Automation

مقدمة :
قد يتبادر إلى ذهنك الأسئلة الآتية :
1- السؤال الأول : ما هو المرجع الذى ينصح به لدراسة PLC ؟
هناك العديد من المراجع المفيدة ، لكن ربما لا تغطى مطالب البعض ، ولهذا أرجو إن تغطى هذه الدروس جانب كبير من الجوانب التى تريدها فى دراسة PLC نظريا وعمليا .
2- السؤال الثانى : ما هو نوع PLC الذى يتم استخدامه ؟
هذا يعنى أن الألفة مع طراز واحد من PLC سوف يجعل المبرج يشق طريقه بصعوبة عندما يطلب منه استخدام نوع مختلف .
من المفضل تعلم إسلوب عام للبرمجة مما يسمح للمتعلم التحول بين أنواع PLC بسهولة كما هو الحال مع استخدام آلات حاسبة إلكترونية مختلفة .
تحتاج كل مهارة للممارسة العملية ، استخدام برنامج TriLogi ، والذى يتضمن محاكاة PLC ، وبرنامج LDMicro ، والذى يتضمن محاكاة PLC ، يحقق الممارسة المطلوبة . يمكنك تحميل هذه البرامج على الكمبيوتر الخاص بك والتدريب على الأمثلة والتمارين التى يتم تقديمها خلال هذه الدراسة .

http://www.triplc.com/trilogi.htm
http://cq.cx/ladder.pl

3- السؤال الثالث حول لغات البرمجة المتنوعة المتاحة .
لغة منطق السلم Ladder logic هى اللغة الأكثر انتشارا فى الاستخدام إلى حد بعيد بسبب التشابه بينها وبين مخططات التحكم السلكية hard-wire . هذه اللغة فى حد ذاتها ، غير مناسبة للبرامج المعقدة . فكلما نمت مهمة الأتمتة كلما اتسع مخطط منطق السلم ، ويصعب على المبرمج أن يشق طريقه من خلال تشابك المداخل والمخارج والريلايهات واللبنات الوظيفية .
لقد تم حل هذه المشكلة عن طريق استخدام أساليب "خريطة الوظيفة التتابعية" وتسمى GRAFCET ، لكن مع استمرار وجود منطق السلم بشكل واضح . الحل يكون بتخطيط البرنامج باستخدام خريطة الوظيفة التتابعية ثم إدخال ذلك للمتحكم PLC باستخدام منطق السلم . فى هذا الإسلوب يكون البرنامج منظم للغاية ، وقياسى ، وسهل للتصحيح والتعديل ، مع الاحتفاظ بالألفة مع منطق السلم .
الدرسان الأول والثانى يغطيان أساسيات البرمجة . باقى الدروس تركز على التحكم لتتابع الأتمتة الموجودة عادة فى الصناعة .
الأمثلة المستخدمة فى هذه الدروس تم اختباردقتها ، ومدى ملاءمتها للاستخدام فى الفصول الدراسية وفى الصناعة القائمة .

http://fathallaabdelaziz.forumarabia.com/t118-topic#307

الدرس الأول
أساسيات PLC

[F.Abdelaziz]

الدرس الأول
أساسيات PLC

1-1 وظيفة المتحكم المنطقى المبرمج PLC :
المتحكم PLC هو متحكم قائم على المعالج الدقيق (الميكروبروسسور) مع مداخل inputs ومخارج outputs متعددة ، وهو يستخدم ذاكرة memory قابلة للبرمجة لتخزين التعليمات وتنفيذ مهام التحكم فى الآلات والعمليات .
يقوم المتحكم PLC بأداء وظائف منطق الريلايهات relays ، والمؤقتات timers ، والعدادات counters ، والمتتابعات sequencers .
مزايا المتحكم PLC :
• انخفاض التكلفة .
• الدقة .
• القدرة على إعادة البرمجة .



1-2 المداخل والمخارج Inputs and Outputs :

[F.Abdelaziz]

1-2 المداخل والمخارج Inputs and Outputs :
وحدات الدخل :
مداخل المتحكم PLC تعطيه معلومات حةل الآلة أو العملية التى يقوم بالتحكم فيها . هذه المداخل عادة تكون مفاتيح switches وحساسات sensors . يتم توصيل المفاتيح إلى وحدة (موديول) الدخل والتى توفر الربط بين المفاتيح أو الحساسات والمتحكم PLC .
دوائر وحدة الدخل تمتلك عوازل ضوئية opto-isolators لحماية دوائر المتحكم PLC الداخلية من التلف .





وحدات الخرج :

[F.Abdelaziz]

وحدات الخرج :
يتم توصيل مخارج المتحكم PLC مباشرة أو غير مباشرة (خلال ريلاى على سبيل المثال ) إلى المنفذات actuators ، والتى تتضمن الملفات اللولبية solenoids ، وصمامات التحكم الاتجاهية ، والمحركات ، والكونتاكتورات ، وأجهزة التنبيه الصوتى والضوئى .
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من وحدات الإخراج :
• نوع الريلاى Relay(volt-free) : الإشارة من المتحكم PLC تقوم بتشغيل الريلاى بداخل وحدة الخرج لتوصيل جهد التحكم إلى منفذ الخرج ومن ثم إلى المنفذ .




• نوع الترانزستور Transistor : يستخدم الترانزستور لتحويل الخرج . هذا النوع أسرع من نوع الريلاى ولكنه مناسب فقط من أجل تطبيقات القدرة المنخفضة للتيار المستمر .
• نوع الترياك Triac : يستخدم الترياك لتحويل أجهزة التيار المتردد ، وهو يحتاج بعض من الحماية ضد التيار الزائد .

1-3 مخططات البناء والتوصيل :

[F.Abdelaziz]

1-3 مخططات البناء والتوصيل :







الشكل 1-4 يبين المتحكم PLC مع توصيلاته . عمليا يتم العمل بالمخطط المبسط المبين بالشكل 1-5 .

1-4 بروتكولات الشبكة

[F.Abdelaziz]

1-4 بروتكولات الشبكة Network Protocols
مخطط التوصيل بالشكل 1-5 يبين المداخل والمخارج متصلة مباشرة ( يسمى مخطط توصيل الأسلاك ) للمتحكم PLC . الأجهزة المبينة ذات طبيعة "توصيل / فصل" on/off ، أو رقمية digital ولكن الإشارة إلى المتحكم PLC قد تكون تناظرية analog . العديد من الأجهزة التناظرية الشائعة تتوافق مع المعيار 4-20mA ، وتعطى إشارات من 4mA إلى 20mA لتشكل القيم الدنيا والقصوى للإشارة التناظرية على الترتيب . مع الأجهزة التناظرية ، نحتاج إلى كابل منفصل يتم مده بين الجهاز النهائى ونظام التحكم لأنه يمكن تمثيل إشارة تناظرية واحدة فقط فى الدائرة . وببطء جرى استبدال المعيار 4-20mA بالاتصال بواسطة شبكة network أو ما يعرف بسم fieldbus (ناقل المجال). ناقل المجال هو وصلة اتصال رقمية متعددة فى اتجاهين بين الأجهزة الذكية . ناقل المجال يسمح بتوصيل عدد من الحساسات كلها تقع فى نفس المنطقة على نفس الكابل . ناقل المجال ياتى فى العديد من الأشكال إعتمادا على الشركة المصنعة والتطبيق ، ومنها ASibus, Profibus, Devicenet , Modbus . الاتجاه الأكثر حداثة هو تطوير إيثرنت الصناعة Industrial Ethernet والتى لديها القدرة على نقل كميات كبيرة من البيانات ليس فقط من أجل التحكم فى العملية ولكن أيضا لدمج العملية مع نظم معلومات الإدارة .
هذه الدروس تركز على برمجة المتحكم PLC ، وفى حين تكون عينة مخططات التوصيل من النوع المبين بالشكل 1-5 يتم تصميم البرامج لاستقبال البيانات من المداخل وإرسال البيانات إلى المخارج بغض النظر عن نظام الشبكة المستخدمة .

[F.Abdelaziz]

الدرس الثانى
البرمجة السلمية Ladder Programming
2-1 المنطق المشروط Conditional Logic
يقوم المتحكم PLC بمسح مداخله inputs ، ووفقا للبرنامج ، يتم تحويل التوصيل on أو الفصل off لمجموعات مختلفة من المخارج outputs . الحالة المنطقية للخرج تعتمد على أحوال (شروط) conditions الدخل ولذلك يتم استخدام المصطلح "المنطق المشروط".
فيما يلى مثال بسيط للمنطق المشروط :
يتم تحويل آلة Machine لوضع التوصيل on إذا تم إغلاق أى من مفتاحى البدء start ، مع وجود مفاتيح الإيقاف stop الثلاثة مغلقة . يمكن تحقيق الشروط باستخدام مخطط توصيل الأسلاك كما هو مبين بالشكل 2-1 .



يتم توصيل مفتاحى البدء على التوازى . نتيجة لذلك ، سوف يمر التيار إذا تم غلق واحد من المفاتيح أو OR المفتاح الآخر أو OR كلا المفتاحين . مفاتيح البدء تكون مفتوحة فى الوضع العادى NO . وهذا يعنى أن التلامسات تكون متباعدة ولا يمر تيار عندما تكون المفاتيح فى حالة وضعها الطبيعى (أو وضع عدم التشغيل) .
يتم توصيل مفاتيح الإيقاف الثلاثة على التوالى . نتيجة لذلك ، التيار يمكن أن يمر فقط إذا كان المفتاح الأول مغلق و AND المفتاح الثانى مغلق و AND المفتاح الثالث مغلق . مفاتيح الإيقاف تكون مغلقة فى الوضع العادى NC . وهذا يعنى أن التلامسات تكون متصلة ويمكن أن يمر التيار عندما تكون المفاتيح فى حالتها العادية .
الريلاى Relay هو مفتاح بتلامسات متعددة والتى يتم تشغيلها عندما يتم تنشيط (إثارة) ملفه . التلامسات عادة ما تكون قادرة على حمل تيار أكبر من الزر الضاغط أو مفاتيح النهاية . الريلايهات الكبيرة المستخدمة من أجل بدء المحركات تسمى كونتاكتورات . الرسم التخطيطى النموذجى للريلاى مبين بالشكل 2-2 .



2-2 المخططات السلمية Ladder Diagrams :

[F.Abdelaziz]

2-2 المخططات السلمية Ladder Diagrams :
لاستيعاب المنطق المشروط المذكور فى البند 2-1 مع استخدام منطق السلم نقوم بتوصيل المفاتيح إلى المتحكم PLC كما هو مبين بالشكل 2-3 .




لتفادى الخلط فى وقت لاحق فيما يتعلق بمفهوم التلامس المفتوح فى الوضع العادى n/o والتلامس المغلق فى الوضع العادى n/c يجدر النظر مرة أخرى فى الشكل 2-3 وتذكر أن المتحكم PLC يمسح كل دخل ويسأل "هل الدخل هو موصل on أو غير موصل off " ؟ . إن المفاتيح الخمسة المبينة هى أجهزة خارجية وأن المتحكم PLC لا يعرف أى شىء عنها . فيما يتعلق بالمتحكم PLC ، فى هذه اللحظة ، المداخل X1 و X2 تكون فى الحالة off والمفاتيح X3 و X4 و X5 تكون فى الحالة on .
الشكل التالى يبين منطق السلم باستخدام برنامج TriLogi ( لمزيد من تفاصيل إدخال عناصر البرنامج انظر الملحق ).


يمكن أن نرى من الشكل 2-3 والشكل 2-4 أن الخرج Machine لن يتم تشغيله حتى يتم تحويل واحد من المداخل Start1 أو Start2 إلى حالة التوصيل on . الضغط على أى من مفاتيح الإيقاف الثلاثة يحول الدخل إلى حالة عدم التشغيل off وبالتالى إيقاف تشغيل الخرج .
عمليا يتم استخدام مفاتيح الأزرار الضاغطة المغلقة فى الوضع العادى من أجل أزرار الإيقاف بحيث أن وجود عطل فشل مصدر جهد التحكم يكون له نفس التأثير كالضغط على زر الإيقاف stop .

2-3 التلامسات المغلقة فى الوضع العادى Normally closed contacts