مبدأ عمل PLC

 

PLC هو في الأساس "حاسوب صغير معياري" مصمم خصيصًا للبيئات الصناعية. جوهر مبدأ العمل هو آلية الحلقة-المغلقة "لتلقي الإشارات من خلال الأجهزة، ومعالجة المنطق من خلال البرامج، وإخراج التعليمات من خلال الأجهزة" لتحقيق التحكم الدقيق في الأجهزة الخارجية. يعتمد تنفيذ هذه الآلية على درجة عالية من التآزر بين هيكل الأجهزة ونظام البرمجيات.

يعتمد هيكل أجهزة PLC تصميمًا معياريًا، والذي يمكن دمجه بمرونة وفقًا لمتطلبات التحكم. وتشمل المكونات الأساسية الأجزاء الخمسة التالية، ولكل منها تقسيم واضح للعمل والتعاون الوثيق:

وحدة المعالجة المركزية (CPU):باعتباره "عقل" PLC، فهو مسؤول عن تنفيذ العمليات المنطقية ومعالجة البيانات وجدولة التعليمات في برامج المستخدم. يمكنه قراءة إشارات الإدخال بسرعة، وتشغيل مخططات السلم والبرامج الأخرى، والحكم على نتائج الحساب، وإرسال تعليمات التحكم إلى وحدة الإخراج. تحدد سرعة حسابها بشكل مباشر كفاءة استجابة PLC، ويمكن أن يصل وقت تنفيذ التعليمات لـ PLCs الصناعية السائدة إلى مستوى الميكروثانية.

ذاكرة:مقسمة إلى ذاكرة النظام وذاكرة المستخدم. تُستخدم ذاكرة النظام لتخزين نظام التشغيل وبرامج التشغيل والبرامج الأساسية الأخرى لـ PLC، مما يضمن التشغيل الأساسي للمعدات. وذاكرة المستخدم مخصصة لتخزين برامج التحكم المكتوبة للمستخدم (مثل منطق عملية الإنتاج، وآليات معالجة الأخطاء) والبيانات المؤقتة (مثل معلمات تشغيل الجهاز، ونتائج العد)، ودعم تعديل البرنامج وتحديثاته.

وحدة الإدخال/الإخراج (I/O).: "الجسر" بين PLC والأجهزة الخارجية، مما يتيح تحويل الإشارة ثنائية الاتجاه. وحدة الإدخال مسؤولة عن تحويل الإشارات التناظرية (مثل درجة الحرارة والضغط) أو الإشارات الرقمية (مثل إشارات التشغيل-والإيقاف) من أجهزة الاستشعار (مثل المفاتيح الكهروضوئية وأجهزة استشعار درجة الحرارة) والأزرار والمقابض والأجهزة الأخرى إلى إشارات كهربائية يمكن التعرف عليها بواسطة PLC. تقوم وحدة الإخراج بتحويل نتائج الحساب الخاصة بوحدة المعالجة المركزية إلى إشارات تحكم يمكن استقبالها بواسطة مشغلات خارجية (مثل المحركات وصمامات الملف اللولبي وأضواء المؤشر)، مما يكمل عملية الحلقة المغلقة - "لتنفيذ قرار الإدراك".

وحدة الطاقة:يوفر طاقة عمل مستقرة لنظام PLC بأكمله، وعادة ما يقوم بتحويل طاقة التيار المتردد (مثل AC 220V) من المواقع الصناعية إلى طاقة التيار المستمر (مثل DC 24V) المطلوبة داخليًا بواسطة PLC. كما أن لديها وظائف حماية الجهد الزائد والتيار الزائد لضمان التشغيل المستقر للمعدات في البيئات الصناعية المعقدة.

وحدة الاتصالات:يدرك التوصيل البيني بين PLC والأجهزة الأخرى، ويدعم بروتوكولات الاتصالات الصناعية السائدة مثل PROFINET، وModbus، وEtherNet/IP، وما إلى ذلك. من خلال وحدة الاتصال، يمكن ربط PLC بشاشات تعمل باللمس، أو أجهزة كمبيوتر صناعية، أو أنظمة MES (أنظمة تنفيذ التصنيع) أو PLCs أخرى لتحقيق تبادل البيانات والتحكم عن بعد، ووضع الأساس للإنتاج الذكي.

ينقسم نظام برمجيات PLC إلى برنامج النظام وبرنامج المستخدم. يتم تثبيت برنامج النظام مسبقًا من قبل الشركة المصنعة وهو مسؤول عن برامج تشغيل الأجهزة وتجميع البرامج وتشخيص النظام. برنامج المستخدم هو برنامج تحكم مكتوب بواسطة المهندسين بناءً على متطلبات الإنتاج. تشمل طرق البرمجة السائدة مخطط السلم (LD)، والنص المنظم (ST)، والمخطط الهيكلي الوظيفي (FBD)، وما إلى ذلك. ومن بينها، أصبح مخطط السلم طريقة البرمجة الأكثر استخدامًا في المواقع الصناعية بسبب محاكاة خصائص دوائر التحكم التقليدية في المرحلات.

المنطق الأساسي للتحكم في البرنامج هو "التشغيل المنطقي والتحكم في التوقيت". يقوم مهندسو - بتحويل عملية الإنتاج إلى علاقات منطقية مثل "AND" و"OR" و"NO" أو قواعد توقيت مثل "delay" و"count" من خلال البرمجة. تقوم وحدة المعالجة المركزية الخاصة بـ PLC بتنفيذ هذه القواعد بالترتيب المحدد مسبقًا لتحقيق التحكم الآلي في عملية الإنتاج. على سبيل المثال، في خط إنتاج المياه المعبأة، يمكن إكمال منطق التعبئة الآلي عن طريق ضبط البرنامج على "بدء تشغيل آلة التعبئة بتأخير قدره 0.2 ثانية عندما يكتشف المستشعر الكهروضوئي وجود زجاجة، والتوقف بعد التعبئة لمدة 3 ثوانٍ".

PLC ليس مجرد جهاز، ولكنه أيضًا تجسيد لأفكار التحكم الصناعي. فهي لم تحقق قفزة في عملية الإنتاج من "التشغيل اليدوي" إلى "التشغيل المنطقي" فحسب، بل دفعت أيضًا صناعة التصنيع بأكملها نحو التنمية الذكية والمرنة والفعالة.