شرح وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة: كيفية عمل PLCs وكيفية الاختيار

إذا دخلت إلى أي طابق إنتاج تقريبًا وستجد جهازًا واحدًا يتخذ مئات القرارات الصغيرة كل ثانية، عادةً دون أن ينظر إليه أحد. تقرأ وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، أو PLC، ما تفعله الآلة، وتقرر ما يجب أن يحدث بعد ذلك، وتطلب من محركات الأقراص والصمامات والموصلات التصرف. إنه عمل غير جذاب، وهو السبب وراء استمرار الطابور في العمل خلال النوبة الليلية.

لقد قمنا ببناء منتجات الأتمتة الصناعية منذ عام 2007، وقد حضرنا الكثير من اجتماعات الاختيار حول هذا الموضوع بالتحديد. تمت كتابة هذا الدليل من هذا الجانب العملي: ما الذي يفعله PLC حقًا، وكيف يتناسب مع كل شيء آخر في الخزانة، وما الذي يستحق التحقق منه قبل التوقيع على قائمة المواد.

ما الذي تفعله وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة فعليًا

إن PLC عبارة عن كمبيوتر صناعي مصمم لوظيفة واحدة: تنفيذ برنامج تحكم بشكل موثوق، في الوقت الفعلي، في بيئة تتسم بالحرارة والاهتزاز والضوضاء الكهربائية. لا يحتوي على مروحة دوارة للانسداد بالغبار، كما أنه ينجو من انخفاضات الجهد التي قد تؤدي إلى إيقاف تشغيل جهاز سطح المكتب، ويتم تشغيله مباشرة في وضع التشغيل بدون شاشة تسجيل دخول في الطريق.

هناك ثلاث أفكار تفصلها عن الحوسبة ذات الأغراض العامة:

• Deterministic behaviour. يتكرر البرنامج في دورة ثابتة، بحيث تنتج نفس المدخلات نفس المخرجات في نفس اللحظة، في كل مرة. هذه القدرة على التنبؤ هي ما يجعل من الآمن ربط المكبس أو الناقل.
• تصلب المدخلات والمخرجات. يتم التعامل مع المدخلات الرقمية بجهد 24 فولت، ومخرجات المرحل والترانزستور، والقنوات التناظرية، وأجهزة استشعار درجة الحرارة، ومدخلات النبض في المحطات الطرفية، مع عزل مصمم لخزائن حقيقية بدلاً من المعامل النظيفة.
• Built for maintenance. يتم فصل الوحدات وتبديلها، ويتم إصدار البرامج، ويتم كتابة رسائل تشخيصية للكهربائي الذي يقف أمام اللوحة في الساعة الثانية صباحًا.

استبدلت معظم PLCs في الأصل جدران منطق الترحيل. يمكن أن تستغرق لوحة مليئة بالمؤقتات والمرحلات المساعدة أسابيع لتوصيلها وأيامًا للعثور على الأخطاء؛ يمكن محاكاة نفس التسلسل في البرنامج على مكتب، وتغييره عن طريق التنزيل، وحفظه في الأرشيف جنبًا إلى جنب مع الرسومات.

داخل دورة المسح: لماذا يهم التوقيت

كل ما يفعله PLC يحدث داخل حلقة متكررة. إن فهم الحلقة يفسر معظم السلوكيات الغريبة التي يلقيها الناس باللوم على وحدة التحكم.

1. Read the inputs. تقوم وحدة التحكم بنسخ حالة كل قناة إدخال إلى الذاكرة، بحيث يرى البرنامج لقطة ثابتة بدلاً من هدف متحرك.
2. Execute the program. يتم تشغيل المنطق والمؤقتات والعدادات والرياضيات والتعامل مع الاتصالات من أعلى إلى أسفل باستخدام اللقطة التي تم التقاطها منذ لحظة.
3. Update the outputs. تتم كتابة النتائج على الأجهزة الطرفية دفعة واحدة، بحيث تتغير المخرجات معًا بدلاً من الوميض واحدًا تلو الآخر.
4. Housekeeping. يتم إجراء التشخيص والتواصل مع واجهة HMI وفحص الذاكرة قبل بدء الحلقة مرة أخرى.

تنهي معظم التطبيقات على مستوى الماكينة عملية المسح في أجزاء قليلة من الثانية، وهي سرعة كافية بشكل مريح للناقلات والمضخات والخلاطات وخطوط التعبئة والتغليف. عندما تحتاج مهمة ما إلى استجابة أسرع مما يمكن أن يقدمه الفحص، فإن الإجابة المعتادة هي إدخال مقاطعة أو وحدة تحكم مخصصة في الحركة، وليس وحدة معالجة مركزية أكبر.

المكونات الرئيسية للنظام

يتعرف معظم الأشخاص لأول مرة على PLC كصندوق واحد على سكة DIN، ولكنه من الناحية النظرية عبارة عن رف صغير من الأجزاء المتعاونة. الجدول أدناه هو النموذج العقلي الذي يستحق تنفيذه في اجتماع المواصفات.

أنواع وحدات التحكم وكيفية مطابقة إحداها لجهازك

يقوم الموردون بتقسيم السوق بطرق مختلفة، ولكن لأغراض الاختيار، هناك ثلاثة عوامل شكلية تغطي معظم الاحتياجات.

وحدات تحكم مدمجة

كل شيء يعيش في مسكن واحد: وحدة المعالجة المركزية، وإمدادات الطاقة، وكتلة ثابتة من الإدخال/الإخراج، غالبًا مع وحدتي توسعة للنمو. إنها الاختيار الطبيعي للآلات المستقلة ومحطات الضخ الصغيرة والتعديلات التحديثية حيث تكون مساحة اللوحة ضيقة وعدد الإدخال/الإخراج مستقرًا.

Modular controllers

تتيح لك الأنظمة القائمة على الحامل اختيار وحدة المعالجة المركزية ومصدر الطاقة والإدخال/الإخراج بشكل منفصل، ثم إضافة رفوف أو نقاط إسقاط عن بعد مع نمو الجهاز. اختر هذا المسار عندما يكون عدد القنوات مرتفعًا، أو عندما تكون الوحدات التناظرية والمتخصصة ذات أهمية، أو عندما تتوقع أن تتغير المواصفات بين الوحدة الأولى والخمسين.

وحدات تحكم قادرة على استخدام الحافة وجاهزة لإنترنت الأشياء

من المتوقع بشكل متزايد أن تقوم وحدة التحكم بنشر البيانات للأعلى وكذلك التحكم للأسفل. يتيح دعم Ethernet أو MQTT أو OPC UA المدمج للآلة الإبلاغ عن عدد الإنتاج واستخدام الطاقة دون التثبيت على بوابة منفصلة. إن الخط الفاصل بين PLC والبوابة وجهاز الحافة غير واضح، وهذا في الغالب خبر جيد لأي شخص يريد الرؤية بدون لوحة ثانية.

يشمل نطاقنا الخاص عوامل الشكل هذه، بدءًا من الوحدات المدمجة للتحكم في آلة واحدة وحتى أعلى. إذا كنت لا تزال في مرحلة المقارنة، فإن سلسلة EC1000 هي نقطة بداية معقولة للآلات الصغيرة والمتوسطة الحجم.

سلسلة EC1000 PLC للتحكم في الماكينات الصغيرة والمتوسطة الحجم نقطة انطلاق للتحكم في الماكينات الصغيرة والمتوسطة الحجم، مع تحديث التفاصيل الفنية على صفحة المنتج. عرض المنتج →

مكان وجود وحدة التحكم في بنية التشغيل الآلي لديك

نادراً ما يعمل PLC بمفرده. في الخزانة النموذجية، يكون هو المنسق: فهو يأمر محركات الأقراص المتغيرة التردد للاحتفاظ بنقطة ضبط الضغط، ويطلق مشغلًا ناعمًا لمحرك كبير، ويرسل أهداف الموضع إلى محركات المؤازرة، ويتبادل الحالة والإنذارات مع واجهة بين الإنسان والآلة. احصل على تقسيم العمل بشكل صحيح والتشغيل هادئ. أخطأ في الأمر وكل خطأ يبدو وكأنه خطأ في وحدة التحكم.

• محركات الأقراص والمبتدئين الناعمة امتلاك العمل من جانب المحرك، بما في ذلك المنحدرات والحدود الحالية وتحسين الطاقة.
• Servo systems تحديد المواقع وعزم الدوران الخاص، مع إصدار وحدة التحكم للأهداف بدلاً من توليد نبضات يدويًا.
• HMIs رؤية المشغل الخاص: الوصفات والاتجاهات ونص التنبيه الذي يُقرأ وكأنه جملة وليس رمزًا.
• Gateways and IoT modules امتلاك البيانات التي تغادر الجهاز، مما يحافظ على تركيز برنامج التحكم على التحكم.

إحدى الفوائد العملية للحصول على العديد من هذه الطبقات من نفس المورد هي أن أسئلة البروتوكول وقطع الغيار وتوافق البرامج الثابتة كلها تقع في نفس المحادثة. عندما يحتاج الجهاز إلى تحكم منسق عبر محركات الأقراص وأجهزة HMI والإدخال/الإخراج عن بعد، فإن النظام الأساسي المعياري يمنحك عدد الفتحات وخيارات الاتصال للحفاظ على الخزانة مرتبة.

سلسلة XM PLC ووحدات التوسيع نظرة عامة على فئة وحدات PLC من سلسلة XM ووحدات الإدخال/الإخراج أو وحدات التوسعة التناظرية، وهي مفيدة عند مطابقة قائمة الإدخال/الإخراج الخاصة بالجهاز قبل تحديد أرقام الطراز. عرض المنتج →

قائمة مرجعية للاختيار العملي

عندما يرسل لنا أحد العملاء قائمة الإدخال/الإخراج، فإننا نتعامل مع نفس الأسئلة السبعة تقريبًا في كل مرة. إنها تستحق الإجابة عليها قبل أن يتحدث أي شخص عن أرقام النماذج.

1. قم بعد الإدخال/الإخراج بأمانة، ثم قم بإضافة عشرين بالمائة. تكاليف السعة الاحتياطية أقل بكثير من الرف الثاني بعد ستة أشهر.
2. قائمة كل نوع الإشارة. الإدخال والإخراج الرقمي، والجهد التماثلي أو التيار، وRTD والمزدوجة الحرارية، والعدادات والنبضات عالية السرعة، جميعها لها متطلبات وحدة مختلفة.
3. قم بقياس الاستجابة التي تحتاجها بالفعل. يعد المسح بخمسة مللي ثانية أمرًا جيدًا بالنسبة للمضخة؛ إنه ليس جيدًا بالنسبة للقص الطائر.
4. خريطة الاتصالات. ما هي الأجهزة التي يجب أن تتحدث، ومن خلال أي بروتوكول، وبأي معدل تحديث، ومن يملك تكوين الشبكة.
5. تحقق من البيئة. درجة الحرارة المحيطة، وتبريد اللوحة، والاهتزاز، والغسل، والضوضاء الكهربائية القادمة من محركات الأقراص القريبة.
6. فكر في دورة حياة البرنامج. من سيحافظ على البرنامج خلال خمس سنوات، وهل ستظل الأداة الهندسية مدعومة؟
7. تأكيد الوثائق وقطع الغيار. مخططات الأسلاك والأدلة بأرقام الإصدارات وقائمة قطع الغيار الواقعية.

إذا كان ذلك مفيدًا، أرسل لنا القائمة وسنخبرك بصراحة بعامل الشكل المناسب. تعد السلسلة X أحد الخيارات في مجموعة وحدات التحكم لدينا، وإذا كان هناك شكل مختلف لوحدة التحكم يناسب جهازك بشكل أفضل، فإننا نفضل أن نقول ذلك مبكرًا بدلاً من اكتشافه أثناء التشغيل.

عائلة X من سلسلة PLC ووحدات التوسعة نظرة عامة على العائلة تغطي خيارات المرحل والحافلة والتحكم في الحركة وخيارات PLC المحسنة والقياسية والاقتصادية، بالإضافة إلى وحدات التوسعة لمطابقة احتياجات التحكم مع الجهاز. عرض المنتج →

حيث تكسب الشركات المحدودة العامة حصتها

نادرا ما تكون التطبيقات براقة. تعتمد الأدوات الآلية، والمراوح والمضخات، والخلط الكيميائي، ومعدات الرفع، وشبكات المياه والحرارة البلدية، والمطاط والبلاستيك، وخطوط الفولاذ على وحدة تحكم تربط التسلسل معًا. عبر تلك الصناعات، تندرج مشكلة التحكم عادةً في واحد من ثلاثة أنواع: التحكم التسلسلي لبدء التشغيل، وإيقاف التشغيل، والتشابك؛ التحكم التنظيمي في حلقات الضغط والتدفق والمستوى ودرجة الحرارة؛ وتنسيق الحركة حيث يجب أن تبقى عدة محاور في الخطوة.

لدينا مكتبة حلول الصناعة يستعرض الأمثلة على مستوى محرك الأقراص في كل مجال من هذه المجالات، بما في ذلك التطبيقات التي يتعين على وحدة التحكم ومحرك الأقراص مشاركة نقطة الضبط فيها بشكل نظيف. عادةً ما تكون قراءة الحل القريب من العملية الخاصة بك أسرع من قراءة ورقة البيانات.

التكليف والرعاية طويلة الأجل

الأسبوع الأول من عمر الآلة هو الذي يقرر كيف ستكون السنوات العشر القادمة. بعض العادات تجعل هذا الأسبوع أسهل:

• قم بعمل نسخة احتياطية للبرنامج ومجموعة المعلمات قبل تغيير أي شيء، وقم بتسمية النسخة الاحتياطية بتاريخ.
• قم بتسمية كل محطة وكابل ليتوافق مع الرسم، وليس ليتوافق مع الذاكرة.
• قم بتسجيل إصدارات البرامج الثابتة والبرامج في وثائق اللوحة، جنبًا إلى جنب مع معلمات محرك الأقراص.
• احتفظ بوحدة احتياطية واحدة من كل نوع مهم على الرف، ولاحظ تاريخ شرائها.
• احتفظ بالأدلة حيث يمكن لفريق الصيانة العثور عليها، في الإصدار المطابق للجهاز.

التوثيق مهم أكثر مما تعترف به معظم خطط المشاريع. كل وحدة تحكم نشحنها لديها مطابقة دليل المستخدم ، مع أرقام الإصدارات في اسم الملف، حتى يتمكن الفني من التأكد من أنه يقرأ المستند الصحيح للجهاز الموجود أمامه.

الأفكار النهائية

وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ليست الجزء الأكثر وضوحًا في مشروع الأتمتة، وهذه هي النقطة. إذا تم اختياره جيدًا، فإنه يختفي في الخلفية: تبدأ الآلة بالترتيب الصحيح، وتتبع محركات الأقراص نقاط الضبط الخاصة بها، ويرى المشغل إنذارًا واضحًا عندما ينحرف شيء ما، ولا يفكر أحد في وحدة التحكم مرة أخرى حتى يحين وقت التوسع.

وإذا تم اختياره بشكل سيء، فإنه يصبح الشيء الذي يلومه الجميع. لذا، خذ الوقت الكافي لحساب عمليات الإدخال/الإخراج بشكل صحيح، ومطابقة عامل الشكل بالجهاز، واختيار الشريك الذي سيستمر في الرد على الهاتف عند اتصال المناوبة الثالثة. إذا كنت ترغب في التحدث من خلال أحد التطبيقات، يسعد فريقنا دائمًا الاطلاع على الرسم وقائمة الإشارات.