ما هو PLC؟

 مقدمةوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) هي حاسوب رقمي متين مصمم للاستخدامات الصناعية، ويُستخدم لأتمتة العمليات الكهروميكانيكية في المصانع والآلات والبنية التحتية. وعلى عكس الحواسيب التجارية العادية، صُممت وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة لتحمل الظروف الصناعية القاسية: درجات الحرارة القصوى، والرطوبة، والغبار، والتشويش الكهربائي، والاهتزازات.دور وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) واضح ومباشر: فهي تقرأ المدخلات، وتتخذ القرارات بناءً على منطق مبرمج، وتتحكم في المخرجات. تخيلها كـ"عقل" الآلة أو العملية - فعند الضغط على زر (مدخل)، تقرر وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ما يجب أن يحدث (منطق) وتُفعّل محركًا أو صمامًا أو مؤشرًا (مخرج).التاريخ: لماذا تم اختراع وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)قبل ظهور وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)، كانت أنظمة الأتمتة الصناعية تعتمد على لوحات الترحيل - وهي عبارة عن خزائن كبيرة مليئة بمئات أو آلاف من المرحلات الكهروميكانيكية والمؤقتات والموصلات. وشملت المشاكل: إعادة توصيل الأسلاك يدويًا لأي تغيير (يستغرق ذلك أيامًا أو أسابيع)، والتآكل الميكانيكي الذي يتسبب في توقف العمل، وصعوبة تحديد الأعطال وإصلاحها، ومتطلبات المساحة الهائلة، وعدم وجود إمكانية لجمع البيانات.في عام 1968، طورت شركة Bedford Associates (التي أصبحت لاحقًا Modicon) أول وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) - وهي Modicon 084 - لمصنع ناقل الحركة Hydra-Matic التابع لشركة جنرال موتورز. كان الهدف بسيطًا: استبدال لوحات المرحلات بنظام إلكتروني قابل للبرمجة يمكن إعادة تهيئته بسرعة عند تغير الإنتاج. وفي غضون عقد من الزمن، حلت وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة محل لوحات المرحلات على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم.مكونات أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة: المكونات الأساسية1. وحدة المعالجة المركزية (CPU): هي "عقل" وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) - وهي معالج دقيق يقوم بتشغيل برنامج التحكم، وإجراء العمليات الحسابية والمنطقية، وإدارة الاتصالات. تشمل المواصفات الرئيسية حجم الذاكرة، ووقت المسح (بالمللي ثانية)، وسعة الإدخال/الإخراج، ومنافذ الاتصال (إيثرنت، USB، RS-232/RS-485).٢. وحدة التغذية: تحوّل الطاقة الكهربائية الواردة من التيار المتردد (١١٠ فولت/٢٢٠ فولت تيار متردد) إلى جهد التيار المستمر المطلوب لوحدة المعالجة المركزية ووحدات الإدخال/الإخراج (عادةً ٢٤ فولت تيار مستمر). الاعتبارات الأساسية: قدرة الطاقة، ووجود نظام احتياطي للتطبيقات الحساسة، ونطاق جهد الإدخال.3. وحدات الإدخال: تُستخدم لتوصيل الحساسات والمفاتيح بوحدة المعالجة المركزية PLC، لتحويل الإشارات من العالم الحقيقي إلى بيانات رقمية. تقبل المدخلات الرقمية (24 فولت تيار مستمر) أزرار الضغط، ومفاتيح الحد، وحساسات التقارب، ومفاتيح الضغط، حيث تمثل حالتي التشغيل (1) والإيقاف (0) فقط. أما المدخلات التناظرية فتتعامل مع حساسات درجة الحرارة (مقاومات درجة الحرارة، والمزدوجات الحرارية)، ومحولات الضغط، ومقاييس التدفق، وحساسات المستوى، بإشارات مثل 4-20 مللي أمبير أو 0-10 فولت.٤. وحدات الإخراج: تستقبل الأوامر من وحدة المعالجة المركزية وتتحكم في المشغلات. تتحكم المخارج الرقمية (٢٤ فولت تيار مستمر، ١٢٠ فولت تيار متردد، أو مرحل) في الصمامات اللولبية، والموصلات، ومحركات التشغيل، ومؤشرات الإضاءة، وأجهزة الإنذار. أما المخارج التناظرية فتشغل محركات التردد المتغير، والصمامات التناسبية، ومحركات المؤازرة بإشارات قياسية مثل ٤-٢٠ مللي أمبير أو ٠-١٠ فولت.5. الرف/اللوحة الخلفية: البنية التحتية المادية التي تجمع جميع وحدات PLC معًا وتوفر ناقل الاتصال بينها.6. واجهات الاتصال: تتواصل وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) مع واجهات الإنسان والآلة (HMIs) ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة الأخرى والمحركات وشبكات المصنع من خلال بروتوكولات تشمل EtherNet/IP وPROFINET وModbus TCP/IP وPROFIBUS وDeviceNet وControlNet وOPC UA والاتصالات التسلسلية (RS-232/RS-485).كيف يعمل جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC)؟ دورة المسحينفذ المعالج المركزي برنامجه في حلقة متكررة ومستمرة تسمى دورة المسح. تتكون كل دورة كاملة من أربع خطوات:الخطوة 1 - قراءة المدخلات: يقوم المعالج المركزي بقراءة جميع حالات وحدة الإدخال وتخزينها في جدول صورة الإدخال (عادةً 1-10 مللي ثانية).الخطوة 2 - تنفيذ البرنامج: يقوم المعالج بتنفيذ برنامج المستخدم تعليمة واحدة في كل مرة، ويقرأ من جداول صور الإدخال/الإخراج في الذاكرة ويكتب إليها.الخطوة 3 - كتابة المخرجات: بعد تنفيذ البرنامج، يقوم المعالج المركزي بتحديث جميع وحدات الإخراج في وقت واحد بالقيم من جدول صورة الإخراج.الخطوة 4 - الصيانة: يقوم المعالج المركزي بتنفيذ المهام الداخلية بما في ذلك الاتصال بين واجهة المستخدم الرسومية ووحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، والوظائف القائمة على الوقت، والتشخيص.يتراوح وقت المسح النموذجي بين 5-20 مللي ثانية لبرنامج متوسط ​​الحجم؛ وقد تتطلب التطبيقات عالية السرعة من 0.5 إلى 1 مللي ثانية.لغات برمجة وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC): المعايير الخمسة IEC 61131-31. مخطط السلم (LD) – اللغة الأكثر شيوعًا، خاصة في أمريكا الشمالية. صُممت لتبدو مثل مخططات المرحلات الكهربائية، مما يجعلها سهلة الفهم لفنيي الكهرباء. وهي الأنسب للمنطق المنفصل والتحكم التسلسلي.2. مخطط كتلة الوظائف (FBD) - يستخدم كتلًا رسومية مع وصلات إدخال/إخراج. تؤدي كل كتلة وظيفة محددة - حلقات PID، العمليات الحسابية، البوابات المنطقية، المؤقتات. وهو الأنسب للتحكم في العمليات وحلقات PID.3. النص المنظم (ST) - لغة نصية عالية المستوى تشبه لغة باسكال أو بيسك. وهي الأكثر قوة لمعالجة البيانات المعقدة، والمعالجة الدفعية، وآلات الحالة المتقدمة.4. مخطط الوظائف التسلسلية (SFC) - لغة رسومية لتحديد العمليات التسلسلية - العمليات التي تتم على مراحل مع إجراءات وانتقالات مضبوطة. وهو الأنسب لعمليات الدفعات وآلات التعبئة والتغليف.5. قائمة التعليمات (IL) - لغة نصية منخفضة المستوى تشبه لغة التجميع. تتميز بالإيجاز والكفاءة ولكنها أقل قابلية للقراءة. وهي الأنسب للبرامج البسيطة والمختصرة والأنظمة القديمة.مقارنة بين وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) ونظام التحكم الموزع (DCS) والحاسوب الصناعيوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC): مصممة للتصنيع المنفصل (الآلات الفردية، خطوط التجميع). تتميز بسرعة المسح، ومكونات متينة. نطاقها: من مئات إلى آلاف نقاط الإدخال/الإخراج.نظام التحكم الموزع (DCS): مصمم للصناعات ذات العمليات المستمرة (النفط والغاز، الكيماويات، توليد الطاقة). يتميز بمستوى عالٍ من التكرار، وتكامل وثيق مع متغيرات العملية. نطاقه: من آلاف إلى مئات الآلاف من نقاط الإدخال/الإخراج.الحاسوب الصناعي (IPC): مصمم لمعالجة البيانات عالية السرعة، وأنظمة الرؤية، والخوارزميات المعقدة. يعمل بنظام ويندوز أو لينكس، ويتميز بقدرة حسابية عالية.لقد تلاشت الحدود بين PLC و DCS و IPC بشكل كبير في السنوات الأخيرة.كيفية اختيار وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) المناسبةالخطوة 1: تحديد التطبيق - آلة واحدة أو نظام على مستوى المصنع، احتياجات التحكم في الحركة عالية السرعة، متطلبات السلامة الحرجة، عدد المدخلات/المخرجات الحالية والمستقبلية.الخطوة 2: تقييم النظام البيئي للعلامة التجارية - تهيمن شركة Allen Bradley في الأمريكتين، وشركة Siemens في أوروبا/آسيا، وشركة Mitsubishi في اليابان والأسواق الحساسة للتكلفة، وشركة ABB لأتمتة العمليات.الخطوة 3: ضع في اعتبارك تكاليف البرامج - غالبًا ما تمثل الأجهزة 30-50% فقط من إجمالي تكلفة الملكية؛ ويمكن أن تكون تراخيص البرامج باهظة الثمن بنفس القدر (Allen Bradley Studio 5000: 5000-15000 دولار أمريكي أو أكثر).الخطوة 4: مطابقة متطلبات الإدخال/الإخراج - حساب المدخلات الرقمية والمخرجات الرقمية والإشارات التناظرية المطلوبة، مع إضافة هامش بنسبة 20٪ للتوسع المستقبلي.الخطوة 5: التحقق من متطلبات الاتصال - اتصال واجهة المستخدم الرسومية، وتكامل شبكة المصنع (MES/ERP)، واتصال المحرك/PLC، وإمكانية الوصول عن بعد.نظرة سريعة على أبرز العلامات التجارية للشركات المساهمة العامةألين برادلي (روكويل أوتوميشن)المنتجات الرئيسية:ControlLogix، CompactLogix، MicroLogix، SLC 500برامج البرمجة:ستوديو 5000 لوجيكس ديزاينرتواصل:إيثرنت/آي بي، كونترول نت، ديفايس نت، مودبوسموقع إلكتروني:www.rockwellautomation.comسيمنزالمنتجات الرئيسية:سيماتيك S7-1500، S7-1200، S7-300، S7-400برامج البرمجة:بوابة TIAتواصل:بروفينت، بروفيبوس، مودبوس تي سي بي/آي بي، أو بي سي يو إيهموقع إلكتروني:www.siemens.comميتسوبيشي إلكتريكالمنتجات الرئيسية:MELSEC iQ-R، iQ-F، MELSEC-Q، MELSEC-Fبرامج البرمجة:GX Works3تواصل:CC-Link IE، Modbus TCP/IP، EtherNet/IPموقع إلكتروني:www.mitsubishielectric.comشركة ABBالمنتجات الرئيسية:AC500، AC500-eco، AC700برامج البرمجة:منشئ الأتمتةتواصل:إيثرنت/آي بي، بروفينت، مودبوس تي سي بي/آي بي، كان أوبنموقع إلكتروني:new.abb.com/plcهانيويلالمنتجات الرئيسية:ControlLogix (من خلال Honeywell)، Experion PKSبرامج البرمجة:استوديو إكسبيريونتواصل:إيثرنت/آي بي، مودبوس، أو بي سي يو إيهموقع إلكتروني:www.honeywellprocess.comأومرونالمنتجات الرئيسية:NX1P2، NJ501، CP1H، CP1Lبرامج البرمجة:سيسماك ستوديو، مبرمج تجربة العملاءتواصل:إيثرنت/آي بي، مودبوس تي سي بي/آي بي، يو إس بيموقع إلكتروني: www.omron-ap.comهذا الدليل لأغراض تعليمية فقط. للحصول على إرشادات تطبيقية محددة، يُرجى استشارة مهندس أتمتة مؤهل أو الاتصال بفريق المبيعات الفنية لشركة TZ TECH.