غوص عميق في وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)

في عالم الأتمتة الصناعية ، يبرز أحد المكون الرئيسي لدوره المحوري في التحكم في الآلات والعمليات: وحدة تحكم المنطق القابلة للبرمجة (PLC) . غالبًا ما يوصف بأنه "دماغ" أرضية المصنع ، وهو جهاز كمبيوتر متخصص وعرة مصمم للعمل بشكل موثوق في البيئات الصناعية القاسية. على عكس كمبيوتر سطح المكتب القياسي ، الذي تم تصميمه للمهام العامة ، تم تصميم PLC للتحكم في الوقت الفعلي والمراقبة والحصول على البيانات. إن قدرتها على تنفيذ وظائف المنطق والتوقيت والتسلسل بدقة ثابتة هي ما يجعله لا غنى عنه لمجموعة واسعة من التطبيقات ، من التصنيع والروبوتات إلى أنظمة HVAC وضوء المرور.

بنية PLC

في جوهره ، يتكون نظام PLC من العديد من المكونات الأساسية التي تعمل في انسجام تام:

• وحدة المعالجة المركزية (وحدة المعالجة المركزية): دماغ PLC ، يحتوي وحدة المعالجة المركزية على المعالج والذاكرة. إنه مسؤول عن تنفيذ برنامج التحكم ، وأداء العمليات المنطقية ، وإدارة الاتصالات. تقوم وحدة المعالجة المركزية باستمرار بمسح المدخلات وتنفيذ برنامج التحكم وتحديث المخرجات. هذه العملية الدورية ، المعروفة باسم "دورة المسح ،" ، " هو أمر أساسي للسيطرة في الوقت الفعلي.
• وحدات الإدخال/الإخراج (I/O): هذه الوحدات بمثابة واجهة PLC مع العالم المادي. وحدات الإدخال تلقي إشارات من أجهزة الاستشعار ، ودفع البوتونات ، والمفاتيح ، وتحويل هذه الإشارات في العالم الحقيقي إلى بيانات رقمية يمكن أن تفهمها وحدة المعالجة المركزية. وحدات الإخراج قم بعمل عكس ، وتحويل الإشارات الرقمية من وحدة المعالجة المركزية إلى إشارات التحكم التي تعمل على تشغيل أجهزة مثل المحركات ، والملفات اللولبية ، والأضواء ، والصمامات. تسمح مرونة وحدات الإدخال/الإخراج بتخصيص PLC لتطبيقات محددة.
• مزود الطاقة: يوفر طاقة DC اللازمة لوحدات وحدة المعالجة المركزية و I/O. تم تصميمه ليكون قويًا ومستقرًا ، مما يضمن التشغيل المستمر حتى في البيئات ذات الضوضاء الكهربائية أو تقلبات الجهد.
• محطة البرمجة: جهاز كمبيوتر أو جهاز محمول يستخدمه مهندس أو فني لإنشاء برنامج التحكم في PLC وتعديله ومراقبته. عادة ما تتم برمجة PLCs الحديثة باستخدام لغات موحدة محددة بواسطة معيار IEC 61131-3 ، مع مخطط السلم (LD) كونه الأكثر شيوعا.

كيف تعمل PLC: دورة المسح

يخضع تشغيل PLC لدورة الفحص المستمرة ، والتي تتبع عادة هذه الخطوات:

1. مسح الإدخال: يقرأ PLC حالة جميع أجهزة الإدخال المتصلة بوحدات الإدخال الخاصة بها. يأخذ بشكل أساسي "لقطة" للحالة الحالية للعالم المادي.
2. تنفيذ البرنامج: ينفذ PLC برنامج التحكم المكتوب للمستخدم ، أو المنطق. يقوم بمعالجة الإرشادات بطريقة من أعلى إلى أسفل اليسار إلى اليمين ، وذلك باستخدام بيانات الإدخال من الخطوة السابقة لتحديد حالات الإخراج المطلوبة.
3. مسح الإخراج: بناءً على نتائج تنفيذ البرنامج ، يقوم PLC بتحديث حالة وحدات الإخراج الخاصة به. يرسل هذا الإجراء إشارات التحكم إلى أجهزة الإخراج المتصلة ، مما تسبب في تشغيل أو إيقاف التشغيل أو البدء أو التوقف ، إلخ.
4. التدبير المنزلي: تقوم PLC بإجراء مهام التشخيص والاتصالات الداخلية ، وتستعد لدورة المسح التالية.

تضمن هذه الدورة السريعة والمستمرة ، التي تكتمل غالبًا بالميلي ثانية ، أن PLC يمكن أن تستجيب للتغيرات في البيئة الصناعية على الفور تقريبًا ، مما يجعلها مثالية للعمليات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا وفي الوقت المناسب.

لماذا تختار PLC؟ المزايا الرئيسية

يرجع اعتماد PLCs على نطاق واسع إلى فوائدها العديدة على أنظمة التحكم التقليدية القائمة على التتابع:

• الموثوقية والمتانة: تم تصميم PLCs لتحمل درجات الحرارة القصوى والاهتزازات والغبار والتداخل الكهربائي. يعني تصميم الحالة الصلبة أنهم ليس لديهم أجزاء متحركة ، مما يقلل بشكل كبير من فرصة الفشل الميكانيكي.
• المرونة وسهولة التعديل: يتم تخزين منطق PLC في البرامج. إذا كانت هناك حاجة إلى تغيير في عملية التحكم ، يقوم الفني ببساطة بتعديل البرنامج على الكمبيوتر بدلاً من إعادة توصيل لوحة ترحيل معقدة جسديًا. هذا يوفر الوقت والجهد الهائل.
• استكشاف الأخطاء وإصلاحها والتشخيص: توفر PLCs أدوات تشخيصية قوية. تتيح مؤشرات الحالة على وحدات الإدخال/الإخراج والمراقبة المستندة إلى البرمجيات الفنيين بتحديد العيوب وتحديدها بسرعة ، مما يقلل من وقت التوقف.
• قابلية التوسع: يمكن تحجيم PLCs لأعلى أو لأسفل ببساطة عن طريق إضافة وحدات الإدخال/الإخراج ، مما يسمح لها بالتحكم في الآلات البسيطة أو خطوط الإنتاج المعقدة بأكملها.
• الوظيفة المتقدمة: PLCs الحديثة هي أكثر بكثير من مجرد حلول المنطق. أنها توفر إمكانات متقدمة مثل تسجيل البيانات وشبكات الاتصالات (على سبيل المثال ، Ethernet/IP ، Profibus) ، التحكم في الحركة ، والتكامل مع أنظمة HMI (واجهة الإنسان والآلة) وأنظمة SCADA (التحكم الإشرافي واكتساب البيانات).

ال وحدة تحكم المنطق القابلة للبرمجة هو أكثر من مجرد قطعة من الأجهزة. إنه حجر الزاوية في الأتمتة الصناعية الحديثة. وقد مكن مزيجها من التصميم الوعرة والتحكم الدقيق والمرونة القائمة على البرمجيات الشركات من تحقيق مستويات غير مسبوقة من الكفاءة والسلامة والإنتاجية. مع استمرار الصناعات في احتضان التصنيع الذكي والإنترنت الصناعي للأشياء (IIOT) ، سيصبح دور PLC أكثر تكاملاً وإصدارًا.