התוכנית הזו הוגדרה כנקייה על ידי המארח.
הקדמה
01
זו הפרק הראשון בסדרה של שמונה חלקים.
02
סדרת המאמרים הזו עוסקת במנהלי לוגיקה מתכנתים, או בקיצור PLC.
מהו PLC אתה שואל?
בקצרה, זהו מכשיר בקרת תעשייה רב-תכליתי ותוכנן.
הם משמשים בכל תעשייתי במפעלים, שירותים ציבוריים, ובכל מקום בו נדרשת שליטה במכונות תעשייתיות.
03
הם מערכת משולבת לחלוטין של חומרה, תוכנה וסביבת פיתוח, מותאמת במיוחד לציוד תעשייתי אוטומטי.
כנראה הקל ביותר לתאר אותם על ידי מתן מעט רקע היסטורי לגבי מה שקדם להם.
04 הימים הראשונים של אוטומציה
סביר להניח ששמעתם על אריגת ג'קרד של המאה ה-19 המוקדמת ושימוש בכרטיסי חור ביחס לכך שהיא אחת הטכנולוגיות שהובילו לחישוב.
עם זאת, למטרותינו כאן, חשיבותה היא שהיא הייתה צורת אוטומציה מוקדמת של בקרת תעשייה, מכיוון שהיא בסופו של דבר שלטה במכונה במפעל.
05
עבור סוגים אחרים של מכונות, אמצעי מכני טהור נפוץ לגרום לחלקים השונים של מכונה מורכבת לנוע באופן מתואם היה באמצעות צירים וקמטים.
סדרה של קמטים הממוקמים על ציר או סט של צירים המחוברים באמצעות גלגלי שיניים, יכלו לנוע חלקים של מכונה, לפתוח או לסגור שסתומים, ולתאם באופן כללי את חלקי המכונה.
עם התפשטות השימוש בחשמל במפעלים בתחילת המאה ה-20, כעת היה אפשרי להשתמש בטכנולוגיה החשמלית החדשה כדי לבצע פונקציות של בקרה ואוטומציה.
06 הרקע של לוגיקת רליים
אצטרך להסביר כאן כמה מונחים אלקטרומכניים, שכן יש צורך להבין את המונחים ואת המושגים מאחוריהם כדי להבין PLCs, שכן האחרון הוא התפתחות של קודמיו ומשתמש באותו המונחים.
מה שקדם ל-PLCs היה מה שהיה ידוע בדרך כלל כ"לוגיקת רלאי".
מה זה רלאי?
רלאי הוא מכשיר אלקטרומכני שמגיב ומשליט את זרימת הזרם החשמלי.
לרלאי יש "ספירלה" שהיא כפי שהשם מרמז, ספירלה של חוט מוליך.
כאשר אתה מאזן את הספירלה, כלומר, אתה מיישם זרם חשמלי עליה, היא יוצרת אלקטרומגנט.
08
האלקטרומגנט הזה מושך ארכובה.
הארכובה היא חלק מתכת נע שמושך אל הספירלה כאשר זו מאוזנת.
העברת הכוח שמופעלת נקראת סגירה.
הפעלת הדה-פקטיביזציה מכונה פתיחה.
שמות חלופיים למדינות אלו הם "משיכה פנימה" ו"נטישה" בהתאמה.
09
המסגרת, בתורה, מחוברת לאחד או יותר ממגעיים.
אתה יכול לחשוב על קשר כמו מתג.
כאשר המפתח מופעל לכיוון אחד, נתיב החשמל נסגר וזרם יכול לזרום.
כאשר הוא מופנה בכיוון ההפוך, נתיב החשמל נשבר והזרם מופרע.
10
החיבורים יכולים להיות פתוחים באופן רגיל, ובמקרה זה הנתיב נסגר והזרם יכול לזרום כאשר הרילאיי מפעיל.
באופן אלטרנטיבי, ניתן לסגור אותם באופן רגיל, ובמקרה זה הנתיב נסגר וזרם החשמל זורם כאשר הרלאי מכבה.
רלאי יכול, ובדרך כלל כן, להכיל מספר קשרים, כולל גם קשרים פתוחים באופן רגיל וגם קשרים סגורים באופן רגיל.
זכרו את המונחים האלה: סליל, קשר, פתוח באופן רגיל, וסגור באופן רגיל.
מהו רלאי מנעול?
סוג מיוחד של רלאי ידוע כרלאי מנעול.
זה נעשה בשימוש מזדמן במעגלים מבוססי רלאי, אך הרעיונות מאחוריו יהפכו לחשובים יותר כשנדון ב-PLCs אמיתיים.
רלאי מנעול מכיל שני סלילים.
סליל אחד משמש להפעלת הרלאי או ל"הגדרתו".
הספירלה השנייה משמשת לכבות או "לנטרל" את הרלאי.
12
המעבר מצויד במנגנון נעילה מכני או במגנט, המשמש לשמירה על המעבר במצב הנתון (או במילים אחרות, במצב סגור) גם אם סליל המעבר אינו מקבל אנרגיה.
עליך להפעיל את סליל האתחול על מנת לאתחל או "לפתוח" את הרלאי.
מקטע מתחבר מספק את השווה ערך של "ביט" זיכרון אחד ששומר על מצבו האחרון גם אם הכוח למכונה מושבת.
13
מקשרים מתחברים שימשו ביישומים בהם היה חשוב שהמעגל הלוגי של המקשר יזכור את המצב האחרון שלו.
בעוד שהמושג אינו בשימוש תכוף במעגלים מבוקרים של העברת מסרים, בשל עלותם ומורכבותם הגדולות יותר, הרעיון היה לשמש באופן נרחב יותר בתוכניות של בקר לוגי מתכנת (PLC) כאשר הוראות של הגדרה ואיפוס מסופקות, המבצעות את הפונקציה המקבילה בתוכנה, כאשר אין שיקולים עלויות דומים לדאוג להם.
14
כך היה אמור להיות "סט" ו"ריסט" בשימוש תדיר הרבה יותר בתוכניות של בקר לוגי מתכנת (PLC) מאשר כאשר היו רכיבים של רלאי אמיתיים.
הוסף למונחים הללו לרשימת הדברים שאתה צריך לזכור - נעילה, פתיחה, הגדרה ואיפוס.
מהו מתנתק?
אזכור מונח נוסף כעת, במקרה שיעלה מאוחר יותר.
זהו "מתנתק".
מתנתק הוא בעצם רק רלאי גדול.
הוא משמש בדרך כלל לשליטה בעומסים חשמליים גדולים כגון מנועים ומחממים.
16
רלאים קטנים נקראים בדרך כלל רק "רלאים", או לפעמים "רלאי בקרה".
אלה משמשים ליצירת מעגלים לוגיים או לשליטה בעומסים חשמליים קטנים יותר כגון נורות או שסתומים אוויריים או הידראוליים.
זה עשוי להיראות כמו הרבה ג'רגון, אבל סבלנות, אעשה אנלוגיות למחשבים כאשר מתאים.
17 מכשירי קלט ופלט
אם תרצו לבצע עבודה שימושית, תזדקקו למעט קלט ופלט.
מכשירי קלט טיפוסיים כוללים את הבאים.
18
כפתורים.
אלו כפתורים שהמשתמש לוחץ עליהם כדי להורות למכונה לבצע משהו.
19
מתגי בחירה.
אלו מתגים שמסוגלים, בדרך כלל, להסתובב כדי להפעיל או לכבות ולשמור על עמדם.
ניתן להם מספר עמדות, כל אחת מהן יכולה להפעיל קלט נפרד.
20
נורות תחזוקה. אלו נורות המשמשות לספק משוב למפעיל.
21
מתגי הגבלה.
אלו מתגים מכניים שחלקים מהמכונה מפעילים, במקום שהמפעיל מפעיל אותם.
ניתן להשתמש בכך כדי לקבוע את המיקום של החלקים השונים של המכונה בכל זמן נתון.
22
חיישני קרבה.
אלו בעצם מתגי הגבלה במצב מוצק, שהם אמינים יותר ממתגים מכניים מכיוון שהם פחות חשופים ללבישה ולקריעה.
אלו לעיתים קרובות מקוצרים באופן קולאי ל"פרוקסי".
23
שסתומי סולינויד.
אלו דומים למעברים, בכך שסליל אלקטרומגנטי מופעל.
עם זאת, במקום להפעיל מגע חשמלי אחר, הוא מפעיל שסתום אווירי או הידראולי.
שסתום זה מאפשר, בתורו, לאוויר או לנוזל הידראולי לנוע פיסטון בתוך צילינדר, אשר אז זז חלק מכני של המכונה.
מכונה טיפוסית תכלול המון חיישני קרבה ושסתומי סולינויד.
לוגיקת מעבר 24
כל הקלטים והפלטים הללו דורשים סוג כלשהו של לוגיקה כדי לתאם אותם.
זהו המקום בו נכנסו מעברי בקרה.
25
אם להגדיר את זה כך שהפלט של מכשיר חשמלי אחד יכול לשלוט במכשיר חשמלי אחר נשמע קצת כמו טרנזיסטור, אז כן, מעברות דומות לטרנזיסטורים אלקטרוניים.
עם זאת, בעוד שטרנזיסטורים הם המצאת אמצע המאה ה-20, רליים מגיעים מאמצע המאה ה-19.
26
בדומה לטרנזיסטורים, ניתן לקודד לוגיקה לרשת של חוטים המחברים רליים יחד, יחד עם קלטים ממתגים ומכשירי קלט אחרים.
על ידי חיבור חיישנים ורליים זה לזה בסדר הנכון, ניתן ליצור רצפים מורכבים באופן סביר של פעולות כדי לשלוט במכונה באופן אוטומטי.
לוגיקת רליים בוליאנית 27
חיבור מגעי רליים בשרשרת יוצר תנאים של "וגם".
חיבור שלהם במקביל יוצר תנאים של "או".
שימוש במגעי רליים סגורים באופן רגיל יוצר תנאים של "לא".
על ידי הזנת מגעי
כל העברה יכולה להיחשב כביט אחד של לוגיקה במעגל לוגיקה בוליאני.
28 טיימרים ומנוים
טיימרים מיוחדים של זמן יכולים לשמש ליצירת עיכוב בזמן בין הפעלת העברה או כיבודה, לבין סגירת המגע או פתיחתו.
טיימר עיכוב הפעלה לאחר הפעלה הוא "טיימר עיכוב הפעלה".
טיימר עיכוב הפעלה לאחר כיבוד הוא "טיימר עיכוב כיבוד".
29
טיימרים של זמן היו לרוב אוויריים.
הם הכילו כיסוי גומי קטן שדלף אוויר לאט דרך פתח מתכוונן.
הכיסוי ימנע מההעברה להיפתח או להיסגר, בהתאם לסוג, עד שדלף מספיק אוויר כדי לסגור או לפתוח אותה.
עבור דיוק רב יותר או לעיכובים ארוכים יותר בזמן, ניתן להשתמש במנועים של שעונים טיימרים.
30
ניתן להשתמש במעגלים ספירת קבלים מיוחדים כדי לדרוש קלט להפעלה או כיבוי מספר מסוים של פעמים לפני הפעלת פלטי הקבלים.
ספירות השתמשו בדרך כלל במנגנון רתך כדי לספור עד למספר מקדים לפני הפעלה.
31
מאוחר יותר, טיימרים וספירות קבלים השתמשו במערכות אלקטרוניות, אך הם הגיעו יחסית מאוחר, בזמן שבו לוגיקת קבלים הייתה בדרכה החוצה.
32 לוחות חשמליים
כמות גדולה של קבלים הייתה מותקנת בלוחות בתוך תאים חשמליים גדולים, עם כבלים ביניהם, וכן אל מתגים סופיים, שסתומים ומכשירים אחרים המותקנים במכונה.
33 עיצוב מעגל הלוגיקה
הלוגיקה או התוכנית היו מקודדים בבחירת המכשירים ובכבלים ביניהם.
כדי לעצב ולתעד את הלוגיקה הזו, המעצב יצר שרטוטים חשמליים.
שרטוטים אלו עוקבים אחר אחד משני סגנונות שונים.
34
בסגנון אחד, שני חוטי הכוח, חם ונייטרלי במקרה של מתח חילופין, או חיובי ושלילי במקרה של זרם ישיר, הוצגו כקווים אנכיים בכל צד של דף השרטוט.
קווים אנכיים אלו ידועים כ"מסילות".
לאחר מכן הוצגו חוטים אופקיים לאורך הדף משמאל לימין, המראים את החיבורים בין כפתורים לדחיפה, מתגים ומגעי רליי לצד סלילי הרליי או אורות כוון מימין.
35
החיבורים הפיזיים בין סלילי הרליי למגעי הרליי לא הוצגו בדרך כלל בשרטוטים, אף על פי שהם עשויים להופיע במקרה של כפתורים לדחיפה או מתגים עם מספר מגעים.
במקום זאת, הסתמכת על תוויות או שמות כדי לראות אילו מגעים קשורים לאיזה סלילי רליי, מתגי גבולות או כפתורים לדחיפה.
36
קיימות קונבנציות שמות סטנדרטיות למכשירים שאיני אכנס אליהן כאן.
עם זאת, זה אומר שספי ההעברה יכולים להיות בעמוד אחד של סט התרשימים, והמגע יכול להיות בכל מקום אחר בסט התרשימים.
היה זה מקובל לכתוב הפניה צולבת לצד ספי ההעברה כדי לציין היכן נעשה שימוש במגעיהם בתרשים.
37 מדרגות סולם
במונחים מעשיים, מה שזה אומר הוא שתרשים הלוגיקה נוטה לקחת את הצורה של קבוצות אופקיות רבות של חוטים ומגעיים שנראים כמו מדרגות סולם.
לכן, תרשימים אלה החלו להיות ידועים כ"דיאגרמות סולם" או "תרשימי סולם".
האלמנטים האופקיים נקראו "מדרגות".
38 סמלים סטנדרטיים
לכל סוג של מכשיר היה סמל סטנדרטי כך שתוכל לראות במבט אחד מה זה.
לדוגמה, סליל העברת היה מעגל.
מגע של רלאי פתוח בדרך כלל היה שתי קווים אנכיים קצרים המפרידים פער במעגל החוטים.
מגע של רלאי סגור בדרך כלל היה מגע פתוח בדרך כלל עם קו אנכי משורטט מעליו.
זרימת לוגיקה 39
לפי קונבנציה, ציורים נקראו מלמעלה למטה, משמאל לימין.
בפועל, פעולות יכלו לקרות במקביל ויש להיות זהירים כדי להימנע מהכנסת מה שנקרא "מרוץ רלאי" שבו תוצאת הפעולה תלויה באיזה מהפעולות המקבילות הושלמה ראשונה.
מרוץ רלאי יכול להניב תוצאות בלתי צפויות התלויות באיזה מהפעולות הושלמה ראשונה ולכן יש להימנע ממנו.
40
מהנדסים, טכנאים וחשמלאים ציפו להפוך מיומנים בקריאת והבנת תרשימי הסולם הללו על מנת לתכנן ולפתור בעיות של ציוד.
למי שהיה מנוסה בתחום, קריאת הבנת התרשימים הללו הפכה לטבע שני.
41 תרשימי DIN
הזכרתי שיש שני סגנונות של תרשימים.
הסגנון האחר ידוע כ-DIN, שהוא ראשי תיבות של Deutsches Institut fur Normung, או המכון הגרמני לתקנים, באנגלית.
זה בעצם רק תרשים מדרגות שהופך על צדו, עם המסילות רצות אופקית משמאל לימין, והמדרגות רצות אנכית מלמעלה למטה.
הזכרתי כאן תרשימי DIN לשם שלמות, אך אפילו מדינות שעדיין משתמשות בתרשימי DIN לסמכת חיבורים חשמליים משתמשות במדרגות אנכיות כאשר לוגיקת מדרגות עברה לאלקטרונית.
42 השוואה ללוגיקת שערים אלקטרוניים
אם אתה מכיר שערים אלקטרוניים, ו/או AND, NAND, NOR, חלק מהמושגים הללו צריכים להיות מוכרים לך.
חלק מהמושגים אכן דומים.
עם זאת, הנורמות האלקטרומכניות הללו קדמו לקיומה של מצב מוצק.
43
הסקיצות גם הן עוקבות אחרי עקרונות שונים לחלוטין.
בעוד שסקיצות של שערים לוגיקה במצב מוצק מציגות קלטים ופלטים במכשיר יחיד, מקובצים יחד בחסימה יחידה עם חיבורים מורכבים, סקיצות של מדרגות חשמליות מפרידות ביניהם, מה שיש לו מספר תוצאות משמעותיות מאוד.
44
ראשית, זה מפשט מאוד את רישום החיבורים.
שנית, זה מאפשר לקבץ קלטים ופלטים יחד לפי פונקציה ולא לפי אריזה פיזית.
שלישית, זה מאפשר לסקיצות להתפשט על פני דפים קטנים יותר סטנדרטיים, מה שמאפשר אוסף פונקציונלי של מדרגות קשורות להיצפה במבט אחד.
גורמים אלו שלושה היו אמורים להיות בעלי חשיבות רבה כאשר מתגים פיזיים הוחלפו בתוכנה.
--------------------
מקורות היסטוריים ופיתוח 45
מקורות
נראה שאף אחד לא יודע מתי או איפה הוצג לראשונה הלוגיקה של רלאי תעשייתי.
ההערכות הטובות ביותר נראות כאילו הן מתרחשות לאחר החשמליה הנרחבת של מפעלים בתחילת המאה ה-20.
אוטומציה בעידן של כוח קיטור נראתה תלויה בעיקר בפרופיל של קמטים מכניים מותקנים על צירים כדי לתזמן פעולות של מכונות.
רוב המקורות נראים די בטוחים שהלוגיקה של רלאי התפשטה בשנות ה-40 או ה-50.
46 מצב מוצק
הצגת הטרנזיסטורים לא החליפה מיד את הרלאים למטרות בקרה.
המשדרים היו מסוגלים לטפל בכמויות משמעותיות של כוח באופן ישיר, מה שאפשר להם להתחבר לקלטים ולפלטים באופן ישיר.
טרנזיסטורים עדיין היו דורשים רלאיי מתווכים בכל מקרה, מה שהיה מגדיל את ספירת הרכיבים ומסבך את המערכת ללא תועלת רבה.
47
פותחו מודולים של לוגיקה במצב מוצק שנועדו להחליף רלאי במערכות לוגיקת בקרה, אך אלו לא זכו לשימוש נרחב.
מודולי הלוגיקה במצב מוצק הללו עדיין דרשו חיבורים חשמליים ביניהם, מה שהגביל את היתרונות שלהם על פני רכיבי העברת החשמל האלקטרומכניים.
מספר חברות פיתחו מספר משפחות של רכיבי בקרה אלקטרומכניים, ואלה נוטים להיות מאוד עמידים ואמינים, אף על פי שהם יקרים למדי.
סיום 48
בפרק זה כיסיתי את הנושאים הבאים.
מהי רלאי (שליחה)?
מכשירי קלט ופלט נפוצים.
כיצד משתמשים במפסקים ליצירת מערכות לוגיקה בוליאנית.
עיצוב מערכות לוגיקה של מפסקים והשרטוטים החשמליים המשמשים לתיעוד שלהם.
ההיסטוריה הקצרה של מערכות לוגיקה של מפסקים.
49 מונחים שיש לזכור.
הנה כמה מונחים שאתה עשוי לרצות לזכור.
בקר לוגיקה מתכנת, הידוע גם כ-"PLC".
מפסק בקרה.
ספירלות
קשרים
בדרך כלל פתוח
בדרך כלל סגור
50
נעילה
שחרור נעילה
הגדרה
איפוס
51
על טיימרים של עיכוב
טיימרים של עיכוב כיבוי
ספירות
כפתורי דחיפה
נורות מדריך
מתגים של גבול
מתגים של קרבה, הידועים גם כ"פרוקסי"
דיאגרמות סולם
מסילות מדרגות
מדרגות מדרגות
הפרק הבא
בפרק הבא אדון בנושא הבא
מקורות של בקרי לוגיקה מתכנתים (PLCs)
כיצד הם התפתחו מלוגיקת רלאי
כיצד ולמה רלאים פיזיים וחיווט הפכו לרלאים וירטואליים בתוכנה
53
חשבת שפיתוח חזותי או גרפי הוא משהו חדש?
האזינו לפרק הבא וגלו שאנשים עשו זאת במפעלים לפני חצי מאה, כשהייתם עדיין מנסים לקבל את התוכנית הראשונה שלכם ב-Fortran לרוץ על מחשב מרכזי.
54
זה היה הפרק הראשון בסדרה של שמונה חלקים.
--------------------