جهاز تحكم منطقي قابل للبرمجة

نظام سيمنز سيماتك إس 7-400، من اليسار إلى اليمين: وحدة إمداد الطاقة PS407 4A، وحدة المعالجة المركزية 416-3, interface module IM 460-0 and communication processor CP 443-1.

جهاز التحكم المنطقي القابل للبرجمة (PLC) programmable logic controller، هو جهاز إلكتروني يماثل حاسوباً بسيطاً له إمكانية التعامل مع المنظومات الصناعية وقيادتها مباشرة وفق برنامج يُخزن في ذاكرة جهاز التحكم.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 التاريخ

ظهرت المؤتمتات الصناعية القابلة للبرمجة programmable logic controllers في بداية السبعينيات من القرن العشرين مع ظهور الدارات الإلكترونية الدقيقة عالية التكامل VLSI، وخاصة المعالجات الصغرية microprocessors. وتطورت من حيث التقانات المستخدمة فيها ومن حيث حجومها وطرائق برمجتها. وتستخدم اليوم في كثير من المنظومات الصناعية أو المنظومات ذات الاستخدام العام مثل المصاعد الكهربائية أو أنظمة التكييف المركزي.

 المنظومة الصناعية

المنظمة الصناعية هي منظومة يمكنها تنفيذ مجموعة أعمال متتالية تحقق عملية متكاملة. مثال ذلك عملية تعبئة حبوب الدواء في قوارير معدة لهذا الغرض، حيث تصطف القوارير المعقمة عند بداية سير متحرك، ثم يجري تعبئتها بعدد محدد من الحبوب، واحدة بعد أخرى أو مجموعة فمجموعة من القوارير. ومن ثم يُضخُّ فيها هواء معقم ويوضع على فوهة كل قارورة لاصق إغلاق محكم، واحدة بعد أخرى أو مجموعة فمجموعة. ثم تغلق كل منها بغطاء معدني أو لدائني أو غيره. ويلصق على كل منها ورقة تعريف، ثم توضع كل قارورة في علبة ورق مقوى معدة لهذا الغرض. وبعد ذلك يوضع عدد محدد من القوارير في صندوق كرتوني أو ما شابه. وتُنقل الصناديق إلى مستودع التخزين.

يمكن لجهاز واحد أن يقوم بمجمل عمليات تعبئة الدواء السابقة، من العملية الثانية حتى العملية السابعة. وهذا الجهاز يمكن أن يكون جزءاً من خط إنتاج الدواء. ولكي يبدأ السير المتحرك بالحركة يجب أن تكون هناك قوارير، ولكي يضع الجهاز العدد المحدد من الحبوب في القارورة ويجب أن تكون القارورة في المكان المناسب، ولن تنتقل القارورة من هذا المكان قبل أن يوضع فيها العدد المحدد من الحبوب، وهكذا. وعليه فإن الجهاز يقوم بأفعال (تحريك السير، وضع الحبوب في القارورة… إلخ) بناء على معلومات (وجود القارورة في المكان المناسب، اكتمال عدد الحبوب… إلخ). ومن ثم تجري قيادة هذا الجهاز وفق خطوات (برنامج) تنفذ بالتتالي، كل خطوة تنتهي بفعل عند تحقق المعلومات اللازمة لهذا الفعل.

أما المعلومات فأغلبها من النمط الاثناني binary، أي يمكن تمثيلها إما بـ c0، وإما بـ c1. فالقارورة موجودة على مدخل السير المتحرك أو لا. وكذلك الأفعال هي في أغلبها من النمط الاثناني، فالسير متحرك أو متوقف. وفي بعض الأحيان ـ وهي قليلة ـ تكون المعلومات قيمة متغيرة ضمن مجال محدد، مثل درجة الحرارة، وكذلك الأفعال متغيرة الشدة ضمن مجال محدد من نمط سرعة الحركة. ولكن الغالبية العظمى من المنظومات الصناعية هي من النمط الاثناني من حيث المعلومات والأفعال. تصدر المعلومات عن محسّات sensors وتقوم بالأفعال مفعلات (محركات، صمامات) actuators وكلها مكونات داخل المنظومة نفسها. تحرّض المفعلات عن طريق تجهيزات استطاعة إلكترونية، مثل ترانزيستورات استطاعة. ويختلف عدد المحسات في كل منظومة صناعية بحسب كبرها وتعقيد عملياتها وكذلك عدد المفعلات.

 الوظيفة

نماذج مختلفة لأجهزة تحكم منطقية قابلة للبرمجة.

تجري قيادة هذه المنظومات بوساطة المؤتمتات الصناعية القابلة للبرمجة التي تتألف من ثلاث كتل رئيسية هي: (1) كتلة الدخل: التي تستقبل المعلومات من المنظومة، و(2) كتلة الخرج التي تتصل بتجهيزات الاستطاعة power devices في المنظومة لتنفيذ الأفعال، و(3) كتلة المعالجة المؤلفة من معالجات صغرية يمكن برمجتها وفقاً لخطوات عمل المنظومة، وهي الكتلة المركزية في المؤتمت. يتبع عدد المداخل في المؤتمت لحجم المؤتمت وهو في أغلب الأحيان يكون في مجتزآت modules، يمكن إضافتها حتى عدد معين، وكذلك الأمر بالنسبة لعدد المخارج. ويرتبط عدد المداخل والمخارج بحجم المنظومة الصناعية المراد أتمتتها. وتكون المداخل إما إثنانية، وإما مداخل تستقبل قيماً تمثيلية analog متغيرة ضمن مجال محدد. وكذلك الأمر بالنسبة إلى المخارج. توصل المداخل إلى مخارج المحسات مباشرة، وتوصل مخارج المؤتمت إلى موصلات الاستطاعة إلى المفعلات مباشرة. يمكن وصل المؤتمت إلى حاسوب عادي لبرمجته، أو إلى جهاز برمجة خاص، أو قد يتضمن المؤتمت وسيلة برمجته. ويمكن وصله مع طابعة للحصول على تقارير محددة.

يمكن ربط المؤتمت مع المنظومة/المنظومات الصناعية بوساطة شبكة صناعية خاصة (تماثل شبكات الحواسيب ولكنها أقل تعقيداً) تسمح أيضاً بربط المنظومات الصناعية (عبر محسّاتها ومفعّلاتها)، وربط الطرفيات الاعتيادية إليها مثل الطابعة أو شاشات المراقبة. ومن أشهر الشبكات الصناعية شبكات: ModBus, Profibus, CANopen.

ولما كانت المنظومات الصناعية تعمل في أوساط قاسية من حيث الضجيج الإلكتروني ومن حيث درجات الحرارة أو الرطوبة، فإن على المؤتمتات الصناعية أن تتحمل العمل في هذه الأوساط. وكذلك فإن المؤتمتات تستخدم من قبل فنيين من خلفيات مختلفة، ميكانيكية أو كهربائية أو كيمياوية، لذا فعليها أن تكون بسيطة الاستخدام، من حيث وصلها مع المنظومة الصناعية ومن حيث برمجتها.

 التطوير

 البرمجة

تجرى عملية البرمجة باستخدام لغات خاصة بسيطة، من أشهرها:

• مخططات الدرج (LD)ladder diagram: وهي لغة بيانية تشبه مخططات الدارات الكهربائية القائمة على الحواكم والملفات، يمكن تعلمها بسهولة لمن يعمل في المجالات الكهربائية. يتألف البرنامج من مجموعة خطوات مترابطة. وهي أكثر اللغات استخداماً في الأتمتة الصناعية.
• لغة لائحة التعليمات (IL) instruction list: وهي لغة تشبه لغة «المجمّع» الخاصة بالمعالجات الصغرية.
• لغة النص المركب (ST) structured text: وهي لغة تشبه لغات البرمجة المتقدمة الخاصة بالحاسوب.
• لغة المخططات الصندوقية الوظيفية (FBD) function bloc diagram: وهي لغة تستخدم صناديق يمكن ربطها ببعضها، لكل صندوق وظيفة محددة لتحقيق عمليات معقدة نسبياً.
• لغة المخططات الوظيفية التتابعية (SFC) sequential function charts: وهي لغة بيانية تسمح بالتوصيف الوظيفي لعمليات الأتمتة وبرمجتها. تسهّل هذه اللغة العمليات التفرعية والمعقدة، وتسمح بمراقبة سير العمليات في الزمن الحقيقي.

 موضوعات بالجهاز

 المميزات

Control panel with PLC (grey elements in the center). The unit consists of separate elements, from left to right; power supply, controller, relay units for in- and output

 واجهة المستخدم

انظر أيضاً: واجهة مستخدم and موضوعات حول واجهات المستخدم في الحاسوب الشخصي

 الاتصالات

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 مقارنة مع أنظمة التحكم الأخرى

Allen-Bradley PLC installed in a control panel

 الإشارات الرقمية والتناظرية

 مثال

|                                                             |
|   Low Level      High Level                 Fill Valve      |
|------[/]------|------[/]----------------------(OUT)---------|
|               |                                             |
|               |                                             |
|               |                                             |
|   Fill Valve  |                                             |
|------[ ]------|                                             |
|                                                             |
|                                                             |

 انظر أيضا

• أنظمة التحكم الصناعي
• أنظمة الآمان الصناعي
• Programmable automation controller

 قراءات إضافية

• Daniel Kandray, Programmable Automation Technologies, Industrial Press, 2010 ISBN 978-0-8311-3346-7, Chapter 8 Introduction to Programmable Logic Controllers

 وصلات خارجية

• جهاز تحكم منطقي قابل للبرمجة at the Open Directory Project