السؤال الذي يُطرح على كل مهندس أتمتة

كيفية اختيار وحدة الإدخال/الإخراج الرقمية/التناظرية المناسبة لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) - يظهر هذا السؤال في كل منتدى متخصص في الأتمتة، وفي قسم الأسئلة الشائعة لدى كل موزع، وفي بريد كل مهندس تطبيقات تواصل مع الشركة. عادةً ما يكون السائل قد اختار منصة PLC (أو يعتقد ذلك)، ويحتاج الآن إلى تحديد بطاقات الإدخال/الإخراج المناسبة. يعرف الفرق بين الرقمي والتناظري، وقد سمع مصطلحي "التغذية" و"التغذية"، لكنه لا يستوعب معناهما تمامًا. يخشى طلب وحدة خاطئة، ثم وصولها غير متوافقة مع نظامه.

يحل هذا الدليل هذه المشكلة. فهو يشرح بالتفصيل ما تفعله وحدة الإدخال/الإخراج فعليًا، ثم يفصل بين الرقمي والتناظري، ثم يشرح عملية التوصيل والتوريد بلغة بسيطة مع أمثلة واقعية، ثم يغطي تحديد حجم الوحدة، وأخيرًا يربط كل ذلك معًا بإرشادات خاصة بالمنصات لأنظمة سيمنز وألن برادلي وإيه بي بي.

ما هي وظيفة وحدة الإدخال/الإخراج في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)؟

وحدة الإدخال/الإخراج في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) هي الواجهة بين العالم المادي والمعالج. تُدخل المدخلات إشارات إلى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، مثل حالة زر الضغط، وقراءة جهاز إرسال الضغط، وتشغيل مفتاح الحد. بينما تُرسل المخرجات إشارات إلى العالم المادي، مثل تنشيط الملف اللولبي، وتشغيل ملف بدء تشغيل المحرك، وتحريك مشغل الصمام.

تقوم وحدة الإدخال/الإخراج بعملية التحويل. فهي تستقبل إشارة تيار مستمر 24 فولت من جهاز ميداني وتحولها إلى إشارة منطقية يمكن لمعالج PLC قراءتها. كما تستقبل أمر خرج المعالج وتحوله إلى الجهد والتيار اللازمين لتشغيل مشغل ميداني. وبدون وحدة الإدخال/الإخراج المناسبة، يصبح المعالج عاجزًا عن الاستجابة.

تأتي الوحدات بأشكال قياسية تتناسب مع رفوف وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). يعتمد اختيار الوحدة المناسبة على ثلاثة عوامل: نوع الإشارة (رقمية أو تناظرية)، واتجاه التيار (سحب أو رفع)، وعدد النقاط المطلوبة.

الرقمي مقابل التناظري: الانقسام الأساسي

وحدات الإدخال/الإخراج الرقمية

تتعامل الوحدات الرقمية مع إشارات التشغيل/الإيقاف. يكون الجهاز الميداني إما مُفعّلاً أو غير مُفعّل، مفتوحاً أو مغلقاً، موجوداً أو غير موجود. يقرأ المدخل الرقمي وجود الجهد (عادةً 24 فولت تيار مستمر للتطبيقات الصناعية). يقوم المخرج الرقمي بتشغيل أو إيقاف الحمل.

أجهزة الإدخال الرقمية الشائعة:

· أزرار الضغط ومفاتيح الاختيار

· مفاتيح الحد

· مستشعرات التقارب (PNP/NPN)

· مفاتيح الضغط

· نقاط تلامس المرحل

أجهزة الإخراج الرقمي الشائعة:

· صمامات الملف اللولبي

· ملفات الموصل

· أضواء المؤشر

· أبواق ومنارات

· ملفات تشغيل المحرك

يتم تحديد الوحدات الرقمية حسب الجهد (24 فولت تيار مستمر، 120 فولت تيار متردد، 230 فولت تيار متردد هي الشائعة)، وحسب عدد النقاط (8، 16، 32 هي القياسية)، وحسب خاصية المصدر/المصب.

وحدات الإدخال/الإخراج التناظرية

تتعامل الوحدات التناظرية مع الإشارات المستمرة - وهي قيم تتغير ضمن نطاق معين بدلاً من مجرد تشغيل أو إيقاف. فبينما يشير المدخل الرقمي إلى امتلاء الخزان (بت واحد: ممتلئ/غير ممتلئ)، يشير المدخل التناظري إلى مستوى الخزان كنسبة مئوية (بتات متعددة ضمن نطاق معين: من 0 إلى 100% من النطاق).

إشارات الإدخال التناظرية الشائعة:

· 4-20 مللي أمبير (حلقة التيار - الأكثر شيوعًا في الأجهزة الصناعية)

· 0-10 فولت تيار مستمر (إشارة الجهد - شائعة في بعض أجهزة الإرسال وأجهزة استشعار الموضع)

· 0-5 فولت تيار مستمر (أجهزة قياس الجهد المنخفض)

· المقاومات (RTD) لقياس درجة الحرارة

· المزدوجة الحرارية (قياس درجة الحرارة مع تعويض الوصلة الباردة)

إشارات الخرج التناظرية الشائعة:

· 4-20 مللي أمبير (الأكثر شيوعًا - لتشغيل عناصر التحكم النهائية مثل محركات التردد المتغير وصمامات التحكم)

· 0-10 فولت تيار مستمر (يستخدم لبعض محولات التردد المتغيرة وأجهزة تحديد المواقع)

يتم تحديد الوحدات التناظرية حسب نوع الإشارة (التيار مقابل الجهد)، والدقة (12 بت، 16 بت - كلما زادت الدقة زادت الدقة)، وما إذا كانت تدعم أنواع إدخال متعددة على نفس الوحدة.

---

الغرق والنبع: معناهما وأهميتهما

هذا هو الجزء الذي يُربك معظم المشترين. يُشير مصطلحا "التدفق" و"المصدر" إلى اتجاه تدفق التيار في دائرة التيار المستمر. الخطأ في ذلك يعني أن مدخلاتك الرقمية إما لا تُظهر أي قراءة أو تُظهر عكس ما ينبغي أن تُظهره.

التوريد

يُزوّد ​​مخرج التغذية الجهازَ الميداني بالتيار من الوحدة. تخيّل الوحدة كمصدر للإلكترونات. عندما يكون المخرج نشطًا، فإنه يوصل الطرف الموجب لمصدر الطاقة الداخلي بطرف المخرج.

يتوقع مدخل التغذية أن يتدفق إليه التيار من مصدر خارجي. وتكتمل دائرة الإدخال عندما يوفر جهاز التغذية (مستشعر، مفتاح) التيار.

غرق

يمتص خرج التيار التيار من جهاز المجال. وعندما يكون نشطًا، فإنه يوصل طرف الخرج بالجانب السالب (الأرضي) للدائرة.

يتوقع المدخل الغاطس تدفق التيار منه إلى الأرض. يوفر الجهاز الخارجي مسارًا إلى الأرض، ويكتشف المدخل تدفق التيار الناتج.

القاعدة العملية

يجب أن يتطابق نوع الإخراج لجهاز الحقل مع نوع الإدخال لوحدة PLC، وإلا فأنت بحاجة إلى مرحل أو واجهة وسيطة.

· مستشعرات PNP (المصدر) ← تُوصل بمدخلات الاستقبال، أو بمدخلات المصدر مع عكس القطبية

· مستشعرات NPN (المستقبلة) ← تُوصل بمدخلات المصدر، أو بمدخلات المستقبل مع عكس القطبية

أسهل طريقة للتحقق: انظر إلى مخطط توصيل الحساس. إذا كان سلك خرج الحساس موصولًا بطرف إدخال وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وكان السلك الآخر موصولًا بالأرضي، فإن الحساس يستقبل إشارة كهربائية، وبالتالي يجب أن يكون الإدخال موجبًا. أما إذا كان سلك خرج الحساس موصولًا بطرف إدخال وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وكان السلك الآخر موصولًا بالقطب الموجب، فإن الحساس يستقبل إشارة كهربائية، وبالتالي يجب أن يكون الإدخال سالبًا.

مزج مدخلات الغمر والإمداد

لا يمكنك ببساطة توصيل مستشعر مصدر بمدخل مصدر وتوقع أن يعمل، فالمصدران يتعارضان. مع ذلك، يمكنك استخدام وحدات إدخال مصممة خصيصًا لتكون "عالمية" أو ذات قنوات معزولة، مما يسمح لك بدمج أنواع مختلفة من الأجهزة مع التوصيل الصحيح. تأكد دائمًا من مراجعة بيانات الوحدة قبل الطلب.

حجم الوحدة: كم عدد النقاط التي تحتاجها فعلياً؟

احسب نقاطك — ثم أضف 20%

قبل اختيار وحدة نمطية، احسب عدد الأجهزة الميدانية الفعلية في مشروعك. بالنسبة لآلة صغيرة مستقلة، قد يكون لديك 8 مداخل رقمية و6 مخارج رقمية. أما بالنسبة لخط إنتاج أكثر تعقيدًا، فقد يكون لديك 32 مدخلًا رقميًا، و16 مدخلًا تناظريًا، و8 مخارج تناظرية.

قواعد تحديد حجم الوحدات النمطية:

· المدخلات الرقمية: اطلب وحدةً بعدد نقاط يساوي على الأقل عدد مدخلاتك. وحدة ذات 16 نقطة مناسبة لـ 12 مدخلاً. لا يمكنك تجاوز عدد نقاط الوحدة.

· المخارج الرقمية: نفس القاعدة. إذا كان لديك 10 مخارج، فإن وحدة واحدة ذات 8 نقاط غير كافية - أنت بحاجة إلى وحدة ذات 16 نقطة أو وحدتين.

· المدخلات التناظرية: كل قناة إدخال تناظرية مستقلة. وحدة إدخال تناظرية رباعية القنوات تدعم 4 أجهزة. إذا كان لديك 7 أجهزة إرسال تناظرية، فأنت بحاجة إلى وحدتين رباعيتي القنوات (أو وحدة واحدة ثمانية القنوات، حسب النظام الأساسي).

· المخارج التناظرية: متماثلة — كل قناة تشغل عنصر تحكم نهائي واحد. وحدة ثنائية القنوات تشغل صمامين.

أضف 20% من السعة الاحتياطية. تتغير المشاريع باستمرار. إضافة مفتاح أو جهاز إرسال جديد بعد بناء اللوحة أمرٌ مُرهق ومُكلف. تحديد وحدة مزودة ببضع قنوات إضافية لا يُكلف شيئًا تقريبًا، ويُوفر الكثير من العمل الإضافي لاحقًا.

أحجام الوحدات الشائعة حسب النظام الأساسي

المنصة | أحجام الوحدات الرقمية النموذجية | أحجام الوحدات التناظرية النموذجية

سيمنز S7-1500 | 16، 32، 64 نقطة | 4، 8، 16 قناة

ألين برادلي كونترول لوجيكس | 8، 16، 32 نقطة | 4، 8 قنوات

ABB AC500 | 8، 16، 32 نقطة | 4، 8 قنوات

توافق المنصة: أي وحدة تتوافق مع أي وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC)؟

سيمنز S7-1500 وبوابة TIA

تستخدم سيمنز أنظمة الإدخال/الإخراج الموزعة ET 200SP وET 200MP إلى جانب أنظمة الإدخال/الإخراج المدمجة في بعض وحدات المعالجة المركزية. أما نظام S7-1500 فيستخدم وحدات إدخال/إخراج مثبتة على النظام (وحدات SM) تُركّب بسهولة على وحدة المعالجة المركزية أو رفوف التوسعة.

عائلات الوحدات الرئيسية:

· SM 521 — وحدات الإدخال الرقمي (24 فولت تيار مستمر، 120 فولت تيار متردد)

· SM 522 — وحدات الإخراج الرقمي (مرحل تيار مستمر 24 فولت، الحالة الصلبة)

· SM 523 — وحدات الإدخال/الإخراج الرقمية المدمجة

· SM 531 — وحدات الإدخال التناظرية (4-20 مللي أمبير، 0-10 فولت، RTD، المزدوجة الحرارية)

· SM 532 — وحدات الإخراج التناظري (4-20 مللي أمبير، 0-10 فولت)

يتطلب التكوين في بوابة TIA تحديد نوع الوحدة النمطية الصحيح وتعيين قسم صورة العملية ومقاطعات الأجهزة. تتميز وحدات سيمنز بترميز لوني حسب النوع (أزرق للوحدات الرقمية، وأخضر للوحدات التناظرية)، مما يسهل التعرف عليها مادياً في أرضية المصنع.

ألين برادلي كونترول لوجيكس و ستوديو 5000

يستخدم نظام Allen Bradley ControlLogix وحدات الإدخال/الإخراج من سلسلة 1756 في هيكل واحد. تتميز المنصة بتصميم معياري للغاية، حيث يمكنك دمج الوحدات الرقمية والتناظرية في أي فتحة.

عائلات الوحدات الرئيسية:

· 1756-IB16 — مدخل رقمي 24 فولت تيار مستمر ذو 16 نقطة (مُستقبِل)

· 1756-OB16 — مخرج رقمي بجهد 24 فولت تيار مستمر ذو 16 نقطة (مصدر)

· 1756-IF8 — مدخل تناظري ثماني القنوات (أنواع إشارات متعددة)

· 1756-OF8 — مخرج تناظري ذو 8 قنوات (4-20 مللي أمبير، 0-10 فولت)

تستخدم شركة ألين برادلي مصطلحي "السحب" و"التغذية" بشكل متسق. يُعدّ جهاز 1756-IB16 مدخلاً للسحب، بينما يُعدّ جهاز 1756-OB16 مخرجاً للتغذية. تأكد من القطبية قبل التوصيل، حيث تتميز وحدات سلسلة ألين برادلي 1756 بعلامات واضحة على واجهتها وفي ورقة البيانات.

بالنسبة لوحدات CompactLogix (عائلتي 5380 و5480)، فهي متشابهة ولكنها أصغر حجماً (بحجم 1769). ويُعدّ كل من مدخل 1769-IF8 التناظري ومخرج 1769-OF4 التناظري من الخيارات الشائعة.

ABB AC500 و Automation Builder

يستخدم نظام ABB AC500 وحدات الإدخال/الإخراج S500 على رف وحدة المعالجة المركزية ووحدات الإدخال/الإخراج الموزعة (S500 eCo، S500) على شبكات ناقل المجال.

عائلات الوحدات الرئيسية:

· DI524 — مدخل رقمي 16 نقطة 24 فولت تيار مستمر

· DO524 — مخرج رقمي 24 فولت تيار مستمر ذو 16 نقطة

· AI523 — مدخل تناظري رباعي القنوات (4-20 مللي أمبير، 0-10 فولت، RTD)

· AO523 — مخرج تناظري رباعي القنوات (4-20 مللي أمبير، 0-10 فولت)

تُهيأ وحدات ABB في برنامج Automation Builder (بيئة برمجة ABB المبنية على CODESYS). يكتشف برنامج التهيئة تلقائيًا العديد من الوحدات عند تشغيل وحدة المعالجة المركزية. يتم ضبط مقياس القنوات للوحدات التناظرية في تهيئة الأجهزة - تأكد دائمًا من مطابقة وحدات القياس الهندسية (PSI، °C، GPM) مع نطاق جهاز الحقل.

---

التعليمات

س: هل يمكنني دمج مدخلات الغمر والإمداد في نفس الوحدة؟

ج: تسمح بعض وحدات الإدخال العامة بتوصيل القنوات الفردية كمستقبلات أو مصادر، لكن الوحدات القياسية تتطلب عادةً أن تشترك جميع القنوات في نفس التكوين. راجع ورقة البيانات. إذا كنت بحاجة إلى استخدام أنواع مختلفة من الأجهزة، ففكر في استخدام مرحل واجهة أو وحدة إدخال معزولة.

س: ماذا يحدث إذا استخدمت نوع الإدخال/الإخراج الخاطئ - على سبيل المثال، إرسال مخرجات إلى مدخلات؟

ج: لا شيء يعمل - أو الأسوأ من ذلك، قد يبدو أنه يعمل ولكنه يتصرف في الاتجاه المعاكس. إذا قمت بتوصيل خرج مصدر الجهد مباشرةً بمدخل مصدر الجهد، فإن مصدري الجهد سيتعارضان. قد يُظهر المدخل قراءة تشغيل دائمة أو إيقاف دائم، اعتمادًا على الدائرة الداخلية. التركيبة الصحيحة هي توصيل خرج مصدر الجهد بمدخل مستهلك الجهد (أو العكس) بحيث يتدفق التيار في اتجاه واحد.

س: كم عدد نقاط الإدخال/الإخراج التي أحتاجها لمشروع صغير؟

ج: عادةً ما تحتاج آلة صغيرة مستقلة إلى 8-16 مدخلًا رقميًا، و6-12 مخرجًا رقميًا، و2-4 مداخل تناظرية، و1-2 مخرجًا تناظريًا. ابدأ بحساب عدد أجهزة الحقل المنفصلة وقائمة الأدوات، ثم أضف 20% كسعة احتياطية. إذا كنت غير متأكد، يمكن لمهندس التطبيقات لدى الموزع مراجعة قائمة الأدوات لديك واقتراح تكوين مناسب للوحدة.

س: يُظهر مدخل الإشارة التناظرية قيمةً عند عدم توصيل أي مستشعر. هل الوحدة معطلة؟

ج: لا، قد تقرأ قنوات الإدخال التناظرية غير المتصلة ضوضاء عشوائية (عادةً ما تكون قيمة صغيرة غير صفرية). هذا أمر طبيعي. تصبح القناة ذات معنى فقط عند توصيل المستشعر (جهاز الإرسال) وتزويد الدائرة بالطاقة (للأجهزة التي تعمل بتيار 4-20 مللي أمبير). تأكد دائمًا من وجود طاقة تيار مستمر 24 فولت في طرف القناة قبل محاولة تشخيص أي عطل.

س: هل يمكنني استبدال وحدة الإخراج الرقمي 24 فولت تيار مستمر بوحدة 120 فولت تيار متردد في نفس النظام؟

ج: فقط إذا كانت أجهزة الحقل مصممة للعمل على الجهد الجديد. لا يمكنك تشغيل ملف لولبي يعمل بجهد 24 فولت تيار مستمر باستخدام وحدة خرج تيار متردد بجهد 120 فولت. يتطلب تغيير فئات الجهد تغيير أجهزة الحقل والأسلاك، وربما الوحدة نفسها. احرص دائمًا على مطابقة جهد الوحدة مع جهد الجهاز.

س: ما هو عزل القنوات ولماذا هو مهم؟

ج: تتميز القنوات المعزولة بعزل دائرة كهربائية مستقلة بين كل قناة إدخال أو إخراج. أما الوحدات غير المعزولة فتتشارك في أرضية مشتركة عبر جميع القنوات. يُعدّ العزل مهمًا عند استخدام أجهزة ميدانية تعمل على مصادر جهد مختلفة، أو عند الحاجة لحماية النظام من حلقات التأريض وارتفاعات الجهد المفاجئة على القنوات الفردية. بالنسبة للقياسات التناظرية الحساسة (أجهزة إرسال التدفق، أجهزة إرسال الضغط)، توفر الوحدات المعزولة إشارات أنقى ودقة أعلى.

شركة TZ Tech هي مورد متخصص لقطع غيار الأتمتة الصناعية والكهربائية، بالإضافة إلى بعض قطع غيار أجهزة القياس والاتصالات. نبيع في الغالب مخزونًا جاهزًا من الموزعين، بأسعار تنافسية وفترات تسليم قصيرة. حتى القطع التي توقف إنتاجها، يمكننا توفيرها نظرًا لمخزوننا الكبير.

نتفهم مخاوفكم، لذا نضمن لكم الجودة. نخضع المكونات التي تطلبونها لفحص دقيق، فلا داعي للقلق بشأن أي مشاكل في جودة المنتجات التي تستلمونها. بالنسبة للقطع المتخصصة التي توقف إنتاجها منذ فترة طويلة، سنبلغكم بصدق عن حالتها الفعلية. جميع القطع الجديدة مشمولة بضمان لمدة عام.

إذا كنت بحاجة إلى أي قطع غيار ذات صلة، فلا تتردد في إرسال استفسار. سيقوم فريقنا بالرد عليك في غضون 6 ساعات (باستثناء عطلة نهاية الأسبوع).