تم تحديد هذا العرض على أنه "نظيف" من قبل المضيف.
التقديم
01
هذه هي الحلقة الأولى من سلسلة مكونة من 8 حلقات.
02
هذه السلسلة تتناول المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة، أو PLCs كما تُعرف بشكل شائع.
ما هو نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC)؟
باختصار، إنه جهاز تحكم صناعي قابل للبرمجة الغرض العام.
يتم استخدامها في جميع أنحاء الصناعة في المصانع والمرافق وأي مكان تحتاج فيه الآلات الصناعية إلى التحكم.
03
إنها نظام متكامل تمامًا يتكون من أجهزة مادية وبرمجيات وبيئة تطوير مصممة خصيصًا للمعدات الصناعية الآلية.
من الأسهل وصفها على الأرجح من خلال تقديم بعض الخلفية التاريخية عما سبقها.
04 الأيام الأولى للتشغيل الآلي
لقد سمعت على الأرجح عن نول جاكارد في أوائل القرن التاسع عشر واستخدامه لبطاقات الثقوب فيما يتعلق بكونه أحد التقنيات التي أدت في النهاية إلى الحوسبة.
ولكن، بالنسبة لأغراضنا هنا، أهميته أنه كان شكلًا مبكرًا من أنظمة التحكم في التشغيل الآلي الصناعي، حيث كان يتحكم في آلة في مصنع في النهاية.
05
بالنسبة لأنواع أخرى من الآلات، كان الوسيلة الميكانيكية النقية الشائعة لضمان تحرك أجزاء آلة معقدة بطريقة منسقة هي من خلال استخدام المحاور والأسطوانات.
يمكن لسلسلة من الأسطوانات الموضوعة على محور أو مجموعة من المحاور المتصلة بالتروس، تحريك أجزاء من آلة، وتشغيل الصمامات أو إيقافها، وتنسيق أجزاء الآلة بشكل عام.
مع انتشار استخدام الكهرباء في المصانع في أوائل القرن العشرين، أصبح من الممكن الآن استخدام التكنولوجيا الكهربائية الجديدة لأداء مهام التحكم والتشغيل الآلي.
06 خلفية المنطق الناقل
سأضطر إلى شرح بعض المصطلحات الكهربائية الميكانيكية هنا، حيث أن فهم هذه المصطلحات والمفاهيم وراءها ضروري لفهم وحدات التحكم المنطقي البرمجي (PLCs)، حيث أن الأخيرة هي تطور لأسلافها وتستخدم نفس المصطلحات.
ما سبق وحدات التحكم المنطقي البرمجي كان ما كان يعرف بشكل شائع باسم " المنطق الناقل".
ما هو الناقل؟
الناقل هو جهاز كهربائي ميكانيكي يستجيب ويتحكم في تدفق التيار الكهربائي.
يحتوي الناقل على "ملف" والذي كما يوحي اسمه هو ملف من الأسلاك الناقلة للكهرباء.
عند تنشيط الملف، أي تطبيق تيار كهربائي عليه، فإنه يشكل مغناطيس كهربائي.
08
يجذب هذا المغناطيس الكهربي ذراعًا متحركة.
الذراع هي قطعة معدنية متحركة تجذبها الملف عند تنشيطه.
يتم الإشارة إلى تنشيط السبّابة بـ "الإغلاق".
يُشار إلى تعطيل السبّابة بـ "الفتح".
الأسماء البديلة لهذه الحالات هي "يجذب" و"يُخرج" على التوالي.
09
ترتبط الملفّة بدورة بواحد أو أكثر من النقاط.
يمكنك التفكير في النقطة كأنه مفتاح.
عندما يتم تدوير المفتاح في اتجاه واحد، يتم إغلاق المسار الكهربائي ويمكن أن يتدفق التيار.
عندما يتم تدويره في الاتجاه الآخر، يتم كسر المسار الكهربائي ويتم انقطاع تدفق التيار.
10
يمكن أن تكون النقاط مفتوحة بشكل طبيعي، وفي هذه الحالة يتم إغلاق المسار وتدفق التيار عند تشغيل السبّابة.
بدلاً من ذلك، يمكن إغلاقها بشكل طبيعي، وفي هذه الحالة يتم إغلاق المسار وتتدفق التيار الكهربائي عندما يتم إيقاف المحول.
يمكن لمفتاح التتابع أن يحتوي على عدة اتصالات، وهو ما يحدث عادةً بما في ذلك كل من الاتصالات المفتوحة عادةً والموصولة عادةً.
تذكر هذه المصطلحات: لولب، اتصال، مفتوح عادةً، ومغلق عادةً.
ما هو مفتاح التوصيل؟
هناك نوع خاص من المحولات يسمى المحول القابض.
كان هذا يستخدم فقط في دوائر التحكم في النقل بشكل عرضي، ولكن المفاهيم الكامنة وراءه ستكون أكثر أهمية عندما نتحدث عن وحدات التحكم المنطقي القابلة للبرمجة الفعلية.
تتكون علاقة التثبيت من لفافتين.
يُستخدم لفاف واحد لتشغيل أو "تحديد" المحول.
يُستخدم لفاف آخر لإيقاف أو "إعادة ضبط" المحول.
12
يحتوي التبديل على آلية قفل ميكانيكية أو مغناطيس يستخدم لإبقاء التبديل في الوضع المحدد (أو بعبارة أخرى، المغلق) حتى إذا تم تفريغ ملف التحديد من الطاقة.
يجب عليك تنشيط ملف إعادة الضبط لإعادة تعيين أو "فتح" المحول.
توفر مفتاح التوصيل النابض بالذاكرة ما يعادل "بت" واحد من الذاكرة يحتفظ بحالته الأخيرة حتى إذا تم إيقاف تشغيل الطاقة إلى الآلة.
13
تم استخدام المحولات المتصلة في التطبيقات التي كان من المهم فيها أن تتذكر الدائرة المنطقية للمحول حالتها الأخيرة.
على الرغم من عدم استخدامها بشكل متكرر في دوائر التحكم في النقل بسبب تكلفتها وتعقيدها الأكبر، إلا أن الفكرة كانت من المقرر أن تستخدم بشكل أكثر انتشاراً في برامج PLC عند توفير تعليمات الإعداد وإعادة الضبط التي تؤدي الوظيفة المكافئة في البرمجيات دون وجود اعتبارات تكلفة مماثلة للقلق بشأنها.
14
وبالتالي، كان من المقرر استخدام أوامر "الضبط" و"إعادة الضبط" بشكل أكثر تكرارًا في برامج التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) مقارنةً باستخدامها كمحولات فعلية.
أضف هذه المصطلحات إلى قائمة الأشياء التي يجب تذكرها - قفل، فك القفل، ضبط وإعادة الضبط.
ما هو "المتصل"؟
سأذكر مصطلحًا آخر الآن، في حال ظهوره لاحقًا.
هذا هو "المتصل".
المتصل هو ببساطة مفتاح كهربائي كبير.
يُستخدم عادةً لمراقبة أحمال كهربائية كبيرة مثل المحركات والمواقد.
16
تُعرف المفاتيح الأصغر عادةً باسم "المفاتيح" أو أحيانًا "مفاتيح التحكم".
يمكن استخدامها لإنشاء دوائر منطقية أو التحكم في أحمال كهربائية أصغر مثل الأضواء أو الصمامات الهوائية أو الهيدروليكية.
قد يبدو هذا مثل الكثير من المصطلحات الفنية، لكن اصبروا معي، سأقوم بمقارنات مع أجهزة الكمبيوتر عند الضرورة.
17 أجهزة الإدخال والإخراج
إذا كنت ترغب في القيام بعمل مفيد، فستحتاج إلى بعض الإدخال والإخراج.
تشمل أجهزة الإدخال النموذجية ما يلي.
18
أزرار التشغيل.
هذه هي الأزرار التي يضغط عليها المشغل لإعطاء الأمر للآلة للقيام بشيء ما.
19
مفاتيح الانتقاء.
هذه هي المفاتيح التي تدور عادة لتشغيل أو إيقاف التشغيل والحفاظ على وضعها.
يمكن أن يكون لها مواقع متعددة، يمكن لكل منها تنشيط إدخال منفصل.
20
أضواء التشغيل الأولي. هذه الأضواء تستخدم لتقديم تعليقات للمشغل.
21
مفاتيح الحد.
هذه مفاتيح ميكانيكية تقوم أجزاء الآلة بتنشيطها، بدلاً من تنشيطها من قبل المشغل.
يمكن استخدامها لتحديد موقع مختلف أجزاء الآلة في أي وقت معين.
22
أجهزة استشعار القرب.
هذه هي في الأساس مفاتيح حد بحالة صلبة والتي تكون أكثر موثوقية من المفاتيح الميكانيكية لأنها أقل عرضة للتآكل.
غالباً ما يتم اختصارها بشكل غير رسمي إلى "الوكالات".
23
صمامات السولينوئيد.
هذه تشبه المحطات النقلية حيث يتم تنشيط لفائف كهرومغناطيسية.
مع ذلك، بدلاً من تنشيط اتصال كهربائي آخر، فإنه ينشط صمامًا هوائيًا أو هيدروليكيًا.
تسمح هذه الصمام، بالتبادل، عادةً للهواء أو السائل الهيدروليكي بتحريك المكبس داخل الأسطوانة، مما يؤدي إلى تحريك جزء ميكانيكي من الآلة.
تتضمن آلة نموذجية العديد والعديد من أجهزة استشعار القرب وصمامات السولينوئيد.
منطق التتابع 24
يتطلب كل هذه المدخلات والمخرجات نوعًا من المنطق لتنسيقها.
هنا يأتي دور مفاتيح التحكم.
25
إذا كان جعل مخرج جهاز كهربائي قادرًا على التحكم في جهاز كهربائي آخر يبدو وكأنه ترانزستور، فنعم، تعتبر المرسلات مكافئة للترانزستورات الإلكترونية.
مع ذلك، على الرغم من أن الترانزستورات هي اختراع من منتصف القرن العشرين، فإن المرسلين يعود تاريخهم إلى منتصف القرن التاسع عشر.
26
مثل الترانزستورات، من الممكن ترميز المنطق في شبكة من الأسلاك التي تربط المحولات معًا، إلى جانب المدخلات من المفاتيح وأجهزة الإدخال الأخرى.
من خلال توصيل أجهزة الاستشعار والمفاتيح معًا بالترتيب الصحيح، من الممكن إنشاء تسلسلات تشغيل معقدة بشكل معقول لمراقبة آلة بطريقة آلية.
27 نقل المنطق البولياني
يُنشئ توصيل مُتصلات المُفاتيح في سلسلة "و" ظروفًا.
يُنشئ توصيلها بالتوازي "أو" ظروفًا.
تؤدي استخدام اتصالات المرسل المستقبل المغلقة بشكل طبيعي إلى خلق "ظروف غير" الظروف.
من خلال إطعام اتصالات التبديل الخاصة به مرة أخرى إلى الدائرة المؤدية إلى لفافه، من الممكن أن يتذكر التبديل حالته الخاصة.
يمكن اعتبار كل نقل كجزء من المنطق في دائرة منطق بولي.
28 مؤقتًا وعدادات.
يمكن استخدام النقلات الخاصة للتوقيت لإنشاء تأخير زمني بين تنشيط النقلة أو إطفائها، واقتراب الاتصالات أو فتحها.
نقلة التوقيت التي تفرض تأخيرًا بعد التنشيط هي "مؤقت تأخير التشغيل".
نقلة التوقيت التي تفرض تأخيرًا بعد إطفاء الطاقة هي "مؤقت تأخير الإطفاء".
29
كانت نقلات التوقيت غالبًا هوائية.
كانت لديها غشاء مطاطي صغير يتسرب منه الهواء ببطء من خلال فتحة قابلة للتعديل.
من شأن الغشاء منع النقلة من الفتح أو الإغلاق، اعتمادًا على النوع، حتى يتسرب ما يكفي من الهواء لتفتح أو تغلق.
يمكن استخدام مؤقتات الساعة المُدارة بالمحرك لمزيد من الدقة أو للتأخيرات الزمنية الأطول.
30
يمكن استخدام مرسلات العد الخاصة لمتطلب إدخال لتشغيل أو إيقاف عدد محدد من المرات قبل تنشيط مخرجات المرسل.
عادة ما استخدمت أجهزة العد آلية التروس لعدّها حتى الوصول إلى حد مُحدد قبل تنشيطها.
31
استخدمت مرسلات التوقيت والعد اللاحقة مؤقتات إلكترونية وأجهزة عد، لكنها ظهرت نسبيًا متأخرة في وقت كانت فيه المنطق القائم على المرسلين في طريقه للزوال.
32 لوحة كهربائية
سيتم تثبيت أعداد كبيرة من المرسلين على لوحات داخل غرف كهربائية كبيرة، مع مرور الأسلاك بينها، وكذلك إلى أجهزة الحد، والصمامات، والأجهزة الأخرى المثبتة على الآلة.
33 تصميم دائرة المنطق
سيتم ترميز المنطق أو البرنامج في اختيار الأجهزة وفي الأسلاك التي تمر بينها.
لتصميم وتوثيق هذه المنطقية، سيقوم المصمم بإنشاء رسومات كهربائية.
ستتبع هذه الرسومات أحد أسلوبين مختلفين.
34
في أسلوب واحد، تم رسم سلكي الطاقة الرئيسيين، سواء كانا ساخنين ومحايدين في حالة التيار المتردد، أو إيجابيين وسلبيين في حالة التيار المستمر، كخطوط عمودية على جانبي صفحة الرسم.
تُعرف هذه الخطوط الرأسية بـ "الخطوط الحديدية".
سيتم بعد ذلك رسم الأسلاك أفقياً عبر الصفحة من اليسار إلى اليمين، مما يُظهر الاتصالات بين أزرار الدفع، والمفاتيح، واتصالات المُعَيِّنَات إلى لفائف المُعَيِّنَات أو الأضواء الإرشادية على الجانب الأيمن.
35
التوصيلات المادية بين لفائف المحولات ونقاط الاتصال الخاصة بها لم يتم إظهارها عادةً في الرسومات، على الرغم من أنها قد تظهر في حالة أزرار الضغط أو مفاتيح الاختيار ذات نقاط الاتصال المتعددة.
بدلاً من ذلك، ستعتمد على العلامات أو الأسماء لمعرفة أي جهات اتصال مرتبطة بلفات التوصيل أو مفاتيح الحدود أو أزرار الضغط.
36
هناك اتفاقيات تسمية قياسية للأجهزة التي لن أدخل فيها هنا.
ولكن هذا يعني أن لفائف التوصيل يمكن أن تكون على صفحة واحدة من مجموعة الرسومات، ويمكن أن تكون الاتصالات في أي مكان آخر في مجموعة الرسومات.
كان من المعتاد كتابة إشارة متقاطعة بجانب لفافة التوصيل لتدوين الأماكن التي تُستخدم فيها اتصالاتها في الرسم.
37 درجات سلم
من الناحية العملية، كان هذا يعني أن رسم المنطق كان يميل إلى اتخاذ شكل مجموعات أفقية مستقلة من الأسلاك والاتصالات التي تبدو وكأنها درجات سلم.
وهكذا، أصبحت هذه الرسومات معروفة باسم "رسومات السلم" أو "رسم السلم".
العناصر الأفقية كانت تُعرف باسم "درجات السلم".
38 رموز قياسية
لكل نوع من الأجهزة رمز قياسي حتى تتمكن من رؤية ما هو بلمحة بصر.
على سبيل المثال، كانت ملفات التوصيل الدوارة على شكل دائرة.
كان اتصال التوصيل المفتوح عادةً يتكون من خطين عموديين قصيرين يفصلان فجوة في الدائرة الكهربائية.
كان اتصال التوصيل المغلق عادةً مجرد اتصال مفتوح عادةً مع رسم خط قطري عبره.
تدفق المنطق 39
حسب الاتفاق، كانت الرسومات تقرأ من الأعلى إلى الأسفل، من اليسار إلى اليمين.
في الممارسة الفعلية، يمكن أن تحدث العمليات بالتوازي ويجب توخي الحذر لتجنب إدخال ما يسمى "سباق التوصيل" حيث يعتمد نتيجة عملية على أي من العمليتين التوازيتين تكتمل أولاً.
يمكن أن ينتج سباق التوصيل نتائج غير متوقعة تعتمد على أي من العمليتين تكتمل أولاً، لذلك يجب تجنبه.
40
كان من المتوقع أن يصبح المهندسون والتقنيون والكهربائيون بارعين في قراءة وفهم هذه الرسومات الهرمية من أجل تصميم المعدات وحل المشكلات.
إلى شخص لديه خبرة في هذا المجال، أصبح قراءة وفهم هذه الرسوم التوضيحية أمرًا طبيعيًا ثانويًا.
رسومات DIN 41
أشرت إلى وجود أسلوبين في الرسم.
الأسلوب الآخر معروف باسم DIN، وهو اختصار لـ "Deutsches Institut fur Normung"، أو المعهد الألماني لتوحيد المقاييس باللغة الإنجليزية.
هذا في الأساس مجرد مخطط سلمي مقلوب، مع مسارات تعمل أفقياً من اليسار إلى اليمين، والدرجات تعمل عمودياً من الأعلى إلى الأسفل.
لقد ذكرت رسومات DIN هنا اكتمالاً، ولكن حتى تلك البلدان التي لا تزال تستخدم رسومات DIN لتوثيق التوصيلات الكهربائية تستخدم السلالم الرأسية عندما أصبحت المنطق السلالمي إلكترونياً.
مقارنة بوابات المنطق الإلكترونية 42
إذا كنت على دراية بالبوابات الإلكترونية، أو بوابات "أو" و "ناند" و "نور"، فيجب أن تكون بعض المفاهيم المذكورة أعلاه مألوفة لك.
بعض المفاهيم تشبه بعضها حقاً.
على الرغم من أن هذه الاتفاقيات الكهروميكانيكية تسبق وجود الحالة الصلبة.
43
الرسومات تتبع أيضاً مبادئ مختلفة تماماً.
في حين أن رسومات بوابات المنطق بالحالة الصلبة تظهر المدخلات والمخرجات على جهاز واحد مجمعة معًا في كتلة واحدة مع اتصالات معقدة، فإن رسومات السلم الكهربائي تفصلها، مما له عدة عواقب مهمة للغاية.
44
أولاً، هذا يبسط بشكل كبير رسم الترابطات المتبادلة.
ثانيًا، يسمح بتجمع المدخلات والمخرجات معًا حسب الوظيفة بدلاً من التغليف المادي.
ثالثًا، يسمح بنشر الرسومات على العديد من الأوراق القياسية الأصغر، مما يتيح في المقابل مجموعة وظيفية من السلالم ذات الصلة يمكن رؤيتها بنظرة واحدة.
كانت هذه العوامل الثلاثة ذات أهمية كبيرة عند استبدال المحولات الفيزيائية ببرامج حاسوبية.
--------------------
45 الأصول التاريخية والتطور
الأصول
لا يبدو أن أحدًا يعرف متى أو حيث تم تقديم المنطق الناقل الصناعي لأول مرة.
يبدو أن أفضل التخمينات تشير إلى وقت ما بعد انتشار الكهرباء في المصانع في أوائل القرن العشرين.
بدا أن الأتمتة في عصر البخار تعتمد بشكل أساسي على ملفات الكامات الميكانيكية المثبتة على المحاور لضبط عمليات الآلة.
يبدو أن معظم المصادر واثقة إلى حد كبير من أن منطق الناقل انتشر على نطاق واسع بحلول أربعينيات أو خمسينيات القرن العشرين.
46 الحالة الصلبة
لم يؤدي إدخال الترانزستورات إلى استبدال الناقلات على الفور لأغراض التحكم.
كان للمحولات القدرة على التعامل مع كميات كبيرة من الطاقة بشكل مباشر، مما سمح لها بالتواصل مع المدخلات والمخرجات بشكل مباشر.
كان من الممكن أن تتطلب الترانزستورات ما زالت علاقات وسيطة، مما يزيد من عدد المكونات ويعقد النظام دون فائدة تذكر.
47
تم تطوير وحدات المنطق بالحالة الصلبة خصيصًا لاستبدال المفاتيح في المنطق التحكمي، ولكن لم يتم استخدامها على نطاق واسع.
تتطلب وحدات المنطق الصلبة هذه اتصالات كهربائية بينها، مما يحد من مزايا تفوقها على المفاتيح الكهربائية الميكانيكية.
تم تطوير عدد من عائلات مفاتيح التحكم الكهربائية الميكانيكية من قبل عدد من الشركات، وتميل هذه المفاتيح إلى أن تكون قوية وموثوقة للغاية، على الرغم من أنها باهظة الثمن إلى حد ما.
نهاية النص: 48
في هذه الحلقة، غطيت ما يلي:
ما هو التتابع (الريلي).
الأجهزة المدخلة والمخرجة الشائعة.
كيف تُستخدم المحولات لإنشاء أنظمة المنطق البولياني.
تصميم أنظمة المنطق التتابعي والرسومات الكهربائية المستخدمة في توثيقها.
التاريخ المختصر لنظم المنطق التسلسلي.
أربع وتسعون مصطلحًا يجب تذكرها
إليك بعض المصطلحات التي قد ترغب في تذكرها.
مراقب المنطق القابل للبرمجة، المعروف أيضًا باسم "PLC"
مفتاح التحكم في الدائرة الكهربائية
لفائف
الاتصالات
عادةً مفتوح
مغلق عادةً
50
لاش
فتح القفل
سبتمبر
إعادة الضبط
51
حول مؤقتات التأخير
مؤقتات التأخير خارج الخدمة
عدادات
أزرار الدفع
مصابيح القيادة
مفتاحات الحد
مفاتيح القرب، المعروفة أيضًا باسم "المقاربات"
مخططات السلم
سلالم معدنية
درجات السلم
الحلقة 52 القادمة
في الحلقة القادمة، سأناقش ما يلي:
أصول المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs).
كيف تطورت من المنطق التسلسلي.
كيف وتحول المفاتيح والأسلاك الفيزيائية إلى مفاتيح افتراضية في البرمجيات، ولماذا؟
53
هل اعتقدت أن البرمجة المرئية أو الرسومية هي شيء جديد؟
استمع إلى الحلقة القادمة واكتشف أن الناس كانوا يفعلون ذلك في المصانع منذ نصف قرن، عندما كنت لا تزال تحاول تشغيل برنامج فورتران الأول لك على جهاز كمبيوتر رئيسي.
54
هذه كانت الحلقة الأولى من سلسلة من ثماني حلقات.
--------------------