دورة : المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة PLC سيمنس S7-200
إعداد : مهندس / فتح الله عبد العزيز
الجزء الأول
أساسيات المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة PLC
· مقدمة .
· المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة PLC .
· أنظمة الأعداد Number Systems .
· المصطلحات الفنية Terminology . .
· المتطلبات الأساسية .
· المتحكمات القابلة للبرمجة نوع S7-200 Micro PLCs .
· توصيل الأجهزة الخارجية .
· برمجة PLC .
· المداخل / المخارج المنفصلة (الرقمية) Discrete Inputs/Outputs .
· المداخل والمخارج التناظرية Analog Inputs and Outputs .
· المؤقتات Timers .
· العدادات Counters .
· تعليمات "السرعة المرتفعة " High-Speed Instructions .
· أسئلة للمراجعة .
· الاختبار النهائى .
مقدمة :
فى نهاية هذا الجزء سوف تكون قادرا على :
· التعرف على المكونات الرئيسية فى PLC ووصف لوظائفها .
· تحويل الأعداد من العشرى إلى الثنائى وإلى الثنائى المكود عشرى BCD والسداسى عشر .
· التعرف على المداخل والمخارج المنفصلة (الرقمية) والتناظرية القياسية .
· قراءة مخطط منطق السلم الأساسى ladder logic diagram وقائمة التعليمات statement list.
· التعرف على الاختلاف فى العمل بين موديولات S7-200 المختلفة .
· التعرف على كتاب الاستخدام المناسب للرجوع إليه عند البرمجة أو تثبيت S7-200 PLC .
· توصيل مدخل وخرج منفصل (رقمى) بسيط بالمتحكم S7-200 .
· اختيار موديول التوسعة (الزيادة) expansion module للمداخل والمخارج التناظرية .
· وصف عمل المؤقتات والعدادات .
هذه المعلومات سوف تساعدك على الفهم الأفضل لتطبيقات العميل . بالإضافة إلى ذلك , سوف تكون أقدر على وصف المنتجات للعميل وتحديد الفروق المهمة بين المنتجات . يجب عليك الإلمام بأساسيات الكهرباء قبل محاولة الدخول إلى أساسيات المتحكم PLC . من الأفضل معرفة أساسيات مكونات التحكم أيضا .
المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة PLC :
تعتبر المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة PLC من عائلة الحاسب (الكومبيوتر) , ويتم استخدامها فى التطبيقات التجارية والصناعية . يقوم PLC بمراقبة المدخلات واتخاذ قرارات على أساس برنامجها وتتحكم فى المخارج بغرض العمل الأتوماتيكى (أئتمة) للعملية أو الماكينة . يهدف هذا الجزء إمدادك بالمعلومات الأساسية بوظائف وإعدادات المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجةPLCs .
تتكون PLCs من موديولات (وحدات) دخل أو نقاط , و ووحدة معالجة مركزية CPU وموديولات (وحدات) خرج أو نقاط . يقبل الدخل مجموعة متنوعة من الإشارات الرقمية أو التناظرية من الأجهزة الميدانية (الحساسات- المستشعرات Sensors ) وتحولها إلى إشارة منطقية والتى يمكن أن تستخدم عن بواسطة وحدة المعالجة المركزية CPU .
تقوم وحدة المعالجة المركزية باتخاذ القرارات وتنفيذ تعليمات التحكم بناء على تعليمات البرنامج الموجود بالذاكرة .
تقوم وحدات الخرج بتحويل تعليمات التحكم من وحدة المعالجة المركزية إلى إشارة رقمية أو تناظرية والتى يمكن أن تستخدم فى التحكم فى مختلف الأجهزة الميدانية ( المنفذات (actuators .
يستخدم جهاز برمجة لإدخال التعليمات المطلوبة . هذه التعليمات تحدد ما سوف يقوم به PLCلمدخل معين . يستخدم جهاز واجة المستخدم ليسمح بعرض معلومات العملية وبارامترات التحكم الجديدة المطلوب إدخالها . المفاتيح الضاغطةPushbuttons ( الحساسات) , فى هذا المثال البسيط , والموصلة بمداخل PLC , يمكن أن تستخدم لبدء وإيقاف المحرك الموصل بخرج PLCخلال بادىء المحرك ( المنفذ) .
دوائر التحكم التقليدية باستخدام توصيل الأسلاك Hard-wired control :
قبل PLC تم حل كثير من مهام التحكم بالتحكم عن طريق الكونتاكتورات والريلايات . تعرف هذه الطريقة باسم hard-wired control , وفيها يتم تصميم مخططات الدوائر الكهربية وتحديد المكونات الكهربية وثبيتها وإنشاء قائمة بتوصيلات الأسلاك حيث يقوم فنى الكهرباء بتوصيا المكونات بالأسلاك لتنفيذ مهمة محددة . إذا إرتكب خطأ ما يتم إعادة توصيل أسلاك جديدة بطريقة صحيحة . التغيير فى الوظيفة أو توسعة النظام يلزم إجراء تغييرات واسعة النطاق فى المكونات وإعادة التوصيلات .
المتحكمات المنطقية المبرمجة PLCs :
نفس الشىء بالإضافة إلى إمكانية القيام بمهام أكثر تعقيدا باستخدام PLCs . التوصيل بين الأجهزة وتلامسات الريلاى تتم فى برنامج PLC . على الرغم من أن التوصيل عن طريق الأسلاك مازال مطلوب للربط بين الأجهزة الميدانية , لكن بأقل كثافة . تعديل التطبيق وتصحيح الأخطاء يكون أسهل فى التعامل , كما أنه من السهل أنشاء وتغيير برنامج PLC عن توصيل الأسلاك ثم إعادة توصيلها من جديد .
المميزات :
· حلول صغيرة الحجم الطبيعى عن استخدام الأسلاك .
· أسهل وأسرع فى إجراء التغيرات .
· المتحكمات PLC لها تشخيص متكامل integrated diagnostics ووظائف متجاوزة (مهيمنة) override functions .
· التشخيص متاح مركزيا .
· يمكن توثيق التطبيقات على الفور .
· يمكن عمل نسخ من التطبيقات بشكل أسرع وبتكاليف أقل .
قبل PLC تم حل كثير من مهام التحكم بالتحكم عن طريق الكونتاكتورات والريلايات . تعرف هذه الطريقة باسم hard-wired control , وفيها يتم تصميم مخططات الدوائر الكهربية وتحديد المكونات الكهربية وثبيتها وإنشاء قائمة بتوصيلات الأسلاك حيث يقوم فنى الكهرباء بتوصيا المكونات بالأسلاك لتنفيذ مهمة محددة . إذا إرتكب خطأ ما يتم إعادة توصيل أسلاك جديدة بطريقة صحيحة . التغيير فى الوظيفة أو توسعة النظام يلزم إجراء تغييرات واسعة النطاق فى المكونات وإعادة التوصيلات .
نفس الشىء بالإضافة إلى إمكانية القيام بمهام أكثر تعقيدا باستخدام PLCs . التوصيل بين الأجهزة وتلامسات الريلاى تتم فى برنامج PLC . على الرغم من أن التوصيل عن طريق الأسلاك مازال مطلوب للربط بين الأجهزة الميدانية , لكن بأقل كثافة . تعديل التطبيق وتصحيح الأخطاء يكون أسهل فى التعامل , كما أنه من السهل أنشاء وتغيير برنامج PLC عن توصيل الأسلاك ثم إعادة توصيلها من جديد .
المميزات :
· حلول صغيرة الحجم الطبيعى عن استخدام الأسلاك .
· أسهل وأسرع فى إجراء التغيرات .
· المتحكمات PLC لها تشخيص متكامل integrated diagnostics ووظائف متجاوزة (مهيمنة) override functions .
· التشخيص متاح مركزيا .
· يمكن توثيق التطبيقات على الفور .
· يمكن عمل نسخ من التطبيقات بشكل أسرع وبتكاليف أقل .
المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة PLCs لشركة سيمنس Siemens PLCs :
تنتج شركة سيمنس خطوط إنتاج PLC متعددة تحت اسم العائلة SIMATIC- S7 وهى :
S7-200, S7-300, S7-400 .
المتحكم S7-200 :
يشار للمتحكم S7-200 على أنه PLC مصغر micro بسبب صغر حجمه . المتحكم S7-200 له تصميم "لبنى" وهو ما يعنى أن مصدر القدرة والمداخل / المخارج تكون باللوحة . يمكن استخدامS7-200 فى التطبيقات الصغيرة والتطبيقات القائمة بذاتها مثل المصاعد الكهربائية وماكينات غسيل السيارات وملكينات الخلط . ويمكن أيضا أن يستخدم فى التطبيقات الصناعية الأكثر تعقيدا مثل ماكينات التعبئة وماكينات التغليف .
المتحكمات S7-300 , S7-400 :
تستخدم المتحكمات S7-300 , S7-400فى التطبيقات الأكثر تعقيدا والتى تعتمد نقاط دخل / خرج أكبر .
كلا النوعين يتكون من وحدات (موديولات) . مصدر القدرة والمداخل / المخارج تتكون من وحدات منفصلة توصل لوحدة المعالجة المركزية . اختيار S7-300 أو S7-400 يعتمد على تعقيد المهمة والتوسعة المستقبلية المحتملة .
تنتج شركة سيمنس خطوط إنتاج PLC متعددة تحت اسم العائلة SIMATIC- S7 وهى :
S7-200, S7-300, S7-400 .
المتحكم S7-200 :
يشار للمتحكم S7-200 على أنه PLC مصغر micro بسبب صغر حجمه . المتحكم S7-200 له تصميم "لبنى" وهو ما يعنى أن مصدر القدرة والمداخل / المخارج تكون باللوحة . يمكن استخدامS7-200 فى التطبيقات الصغيرة والتطبيقات القائمة بذاتها مثل المصاعد الكهربائية وماكينات غسيل السيارات وملكينات الخلط . ويمكن أيضا أن يستخدم فى التطبيقات الصناعية الأكثر تعقيدا مثل ماكينات التعبئة وماكينات التغليف .
المتحكمات S7-300 , S7-400 :
تستخدم المتحكمات S7-300 , S7-400فى التطبيقات الأكثر تعقيدا والتى تعتمد نقاط دخل / خرج أكبر .
كلا النوعين يتكون من وحدات (موديولات) . مصدر القدرة والمداخل / المخارج تتكون من وحدات منفصلة توصل لوحدة المعالجة المركزية . اختيار S7-300 أو S7-400 يعتمد على تعقيد المهمة والتوسعة المستقبلية المحتملة .
أنظمة الأعداد Number Systems
حيث أن المتحكم المنطقى القابل للبرمجة هو كومبيوتر , فإنه يخزن المعلومات فى شكل حالة توصيل on أو "واحد 1" أو حالة فصل off أو "صفر 0"والمعروفة بالأرقام الثنائية binary digits ( البتات bits) .
أحيانا يتم استخدام الأرقام الثنائية منفردة وأحيانا يتم استخدامها لتمثيل القيم العددية .
النظام العشرى Decimal system :
تستخدم نم عددية مختلفة فى PLC . جميع النظم لها نفس الثلاثة خواص التالية : "الأرقامdigit" و "الأساس أو الفاعدة base" و "الوزنweight" . النظام العشرى وهو الشائع الاستخدام فى الحياة اليومية له الخصائص التالية :
النظام الثنائى Binary system :
يستخدم النظام الثنائى فى المتحكمات القابلة للبرمجة . النظام الثنائى له الخواص التالية :
فى النظام الثنائى الآحاد 1s والأصفار 0s يتم ترتيبها فى أعمدة . كل عامود له وزن . العامود الأول له الوزن الثنائى 20 (اثنين أوس صفر) . وهذا يكافىء "واحد 1" عشرى ويعرف باسم "البت الأقل قيمة least significant bit" أو LSB . ويتضاعف الوزن الثنائى مع كل عامود تالى . العامود التالى ,على سبيل المثال, له الوزن 21 (اثنين أوس واحد) والذى يكافىء "إثنين 2" عشرى . القيمة العشرية تتضاعف مع كل عامود تالى . العدد الموجود بعامود أقصى اليسار يعرف باسم "البت الأكبر قيمة most significant bit " أو MSB . فى هذا المثال , البت الأكبر قيمة لها الوزن 27 (إثنين أوس سبعة) والذى يكافىء 128 عشرى .
تحويل العدد الثنائى إلى عدد عشرى :
تتبع الخطوات التالية :
1- إبحث من اليمين إلى اليسار ( من LSB إلى MSB ) عن "الآحاد 1s " .
2- أكتب التمثيل العشرى لكل عامود يحتوى على واحد 1 .
3- إجمع قيم الأعمدة .
فى المثال التالى , العامود الرابع والعالمود الخامس من من اليمين تحتوى على واحد 1 .
القيمة العشرية للعامود الرابع من اليمين هى 8 والقيمة العشرية للعامود الخامس من اليمين هى16 . المكافىء العشرى لهذا العدد الثنائى يكون العدد 8 +16 = 24 .
مجموع جميع أوزان الأعمدة التى تحتوى على واحد هو العدد العشرى الذى يقوم PLC بتخزينه (حفظه).
فى المثال التالى العامود الرابع والعامود السادس من اليمين تحتوى على واحد 1 . القيمة العشرية للعامود الرابع من اليمين هى 8 , والقيمة العشرية للعامود السادس من اليمين هى 32 . العدد العشرى المكافىء لهذا العدد الثنائى يكون 8 + 32 = 40 .
حيث أن المتحكم المنطقى القابل للبرمجة هو كومبيوتر , فإنه يخزن المعلومات فى شكل حالة توصيل on أو "واحد 1" أو حالة فصل off أو "صفر 0"والمعروفة بالأرقام الثنائية binary digits ( البتات bits) .
أحيانا يتم استخدام الأرقام الثنائية منفردة وأحيانا يتم استخدامها لتمثيل القيم العددية .
النظام العشرى Decimal system :
تستخدم نم عددية مختلفة فى PLC . جميع النظم لها نفس الثلاثة خواص التالية : "الأرقامdigit" و "الأساس أو الفاعدة base" و "الوزنweight" . النظام العشرى وهو الشائع الاستخدام فى الحياة اليومية له الخصائص التالية :
يستخدم النظام الثنائى فى المتحكمات القابلة للبرمجة . النظام الثنائى له الخواص التالية :
تحويل العدد الثنائى إلى عدد عشرى :
تتبع الخطوات التالية :
1- إبحث من اليمين إلى اليسار ( من LSB إلى MSB ) عن "الآحاد 1s " .
2- أكتب التمثيل العشرى لكل عامود يحتوى على واحد 1 .
3- إجمع قيم الأعمدة .
فى المثال التالى , العامود الرابع والعالمود الخامس من من اليمين تحتوى على واحد 1 .
القيمة العشرية للعامود الرابع من اليمين هى 8 والقيمة العشرية للعامود الخامس من اليمين هى16 . المكافىء العشرى لهذا العدد الثنائى يكون العدد 8 +16 = 24 .
مجموع جميع أوزان الأعمدة التى تحتوى على واحد هو العدد العشرى الذى يقوم PLC بتخزينه (حفظه).
البتات والبايتات والكلمات Bits, bytes, words :
كل قطعة من البيانات هى "بت" bit ,وكل 8 بتات تشكل واحد بايت byte وكل 2 بايت أو 16 بت تشكل كلمة word واحدة .
المنطق "صفر 0" والمنطق "واحد 1" Logic 0, logic 1 :
المتحكمات القابلة للبرمجة يمكنها فقط أن تفهم الإشارة التى فى شكل "توصيل on" أو "فصلoff " ( موجودة أو غير موجودة) . النظام الثنائى هو النظام الذى لا يوجد به سوى عددين فقط "الواحد 1" و "الصفر 0" العدد الثنائى "واحد 1" يشير إلى أن الإشارة موجودة أو أن المفتاح فى حالة توصيل on . العدد الثنائى "صفر 0" يشير إلى أن الإشارة غير موجودة أو أن المفتاح فى حالة فصل off .
الأعداد الثنائية المكودة عشريا Binary-Coded Decimal (BCD) :
الأعداد الثنائية المكودة عشريا هى أعداد عشرية حيث يتم تمثيل كل رقم بعدد ثنائى مكون من أربعة بتات . الأعداد BCD شائعة الاستخدام مع أجهزة الدخل والخرج . المفتاح الدوار بأصبع الإبهام thumbwheel هو أحد أمثلة جهاز الدخل الذى يستخدم الأعداد BCD . يتم تقسيم الأعداد الثنائية إلى مجموعات من أربعة بتات , كل مجموعة تمثل عدد عشرى مكافىء . المفتاح الدوار ذات الأربعة أرقام , كالمبين بالشكل , يتحكم فى 16 (4 x 4) مدخل من مداخل PLC .
كل قطعة من البيانات هى "بت" bit ,وكل 8 بتات تشكل واحد بايت byte وكل 2 بايت أو 16 بت تشكل كلمة word واحدة .
المنطق "صفر 0" والمنطق "واحد 1" Logic 0, logic 1 :
المتحكمات القابلة للبرمجة يمكنها فقط أن تفهم الإشارة التى فى شكل "توصيل on" أو "فصلoff " ( موجودة أو غير موجودة) . النظام الثنائى هو النظام الذى لا يوجد به سوى عددين فقط "الواحد 1" و "الصفر 0" العدد الثنائى "واحد 1" يشير إلى أن الإشارة موجودة أو أن المفتاح فى حالة توصيل on . العدد الثنائى "صفر 0" يشير إلى أن الإشارة غير موجودة أو أن المفتاح فى حالة فصل off .
الأعداد الثنائية المكودة عشريا هى أعداد عشرية حيث يتم تمثيل كل رقم بعدد ثنائى مكون من أربعة بتات . الأعداد BCD شائعة الاستخدام مع أجهزة الدخل والخرج . المفتاح الدوار بأصبع الإبهام thumbwheel هو أحد أمثلة جهاز الدخل الذى يستخدم الأعداد BCD . يتم تقسيم الأعداد الثنائية إلى مجموعات من أربعة بتات , كل مجموعة تمثل عدد عشرى مكافىء . المفتاح الدوار ذات الأربعة أرقام , كالمبين بالشكل , يتحكم فى 16 (4 x 4) مدخل من مداخل PLC .
النظام السداسى عشر Hexadecimal
السداسى عشر هو نظام آخر يستخدم فى PLC . خواص النظام السداسى عشر هى ما يلى :
الأرقام العشرة للنظام العشرى تستخدم كأول عشرة أرقام فى النظام السداسى عشر وأول ستة أحرف هجائية تستخدم للستة أرقام الباقية .
يستخدم النظام السداسى عشر فى PLC لأنه يسمح بوضع عدد كبير من البتات الثنائية بحيث تكون ممثلة فى مساحة صغيرة على شاشة الكومبيوتر أو شاشة جهاز البرمجة ,على سبيل المثال . كل رقم عشرى يمثل الوضع الدقيق لأربعة بتات ثنائية . لتحويل العدد العشرى لعدد سداسى عشر يتم قسمة العدد العشرى على الأساس 16 . لتحول العدد العشرى 28 , على سبيل المثال , إلى عدد سداسى عشر :
ناتج قسمة العدد العشرى 28 على 16 هو1 والباقى 12 . العدد العشرى 12 يكافىء الحرف Cبالسداسى عشر .لذلك فإن العدد الداسى عشر 1C يكافىء العدد العشرى 28 .
يتم الحصول على العدد العشرى المكافىء للعدد السداسى عشر عن طريق ضرب كل رقم سداسى عسر على حدة بوزن الأساس 16 ثم جمع النواتج . فى المثال التالى العدد السداسى عشر 2B يتم تحويله إلى العدد العشرى المكافىء وهو 43 :
أعداد التحويل Conversion of numbers :
الجدول التالى يبين بعض القيم ممثلة بالأنظمة : العشرى والثنائى والثنائى المكود عشرى والسداسى عشر :
تتكون لغة PLC من مجموعة من المصطلحات الشائعة , كثير منها منفرد للمتحكمات PLCs . لفهم الأفكار والمفاهيم الخاصة بالمتحكمات PLCs من الضرورى فهم هذه المصطلحات .
الحساس ( سنسور) Sensor :
الحساس هو جهاز يقوم بتحويل حالة طبيعية إلى إشارة كهربائية لاستخدامها بواسطة المتحكمPLC . يتم توصيل الحساسات بمدخل PLC . المفتاح الضاغط أحد الأمثلة لحساس يوصل بمدخلPLC . ترسل الإشارة الكهربائية من المفتاح الضاغط إلى PLC لبيان حالة تلامسات المفتاح الضاغط ( مفتوحopen / مغلقclosed )
المنفذات Actuators :
تقوم المنفذات بتحويل الإشارة الكهربائية من PLC إلى حالة طبيعية . توصل المنفذات بخرجPLC .
بادىء المحرك هو أحد الأمثلة لمنفذ متصل بخرج PLC . تبعا لإشارة خرج PLC يقوم بادىء المحرك إما "ببدء" Start أو "إيقاف" Stop المحرك .
السداسى عشر هو نظام آخر يستخدم فى PLC . خواص النظام السداسى عشر هى ما يلى :
ناتج قسمة العدد العشرى 28 على 16 هو1 والباقى 12 . العدد العشرى 12 يكافىء الحرف Cبالسداسى عشر .لذلك فإن العدد الداسى عشر 1C يكافىء العدد العشرى 28 .
يتم الحصول على العدد العشرى المكافىء للعدد السداسى عشر عن طريق ضرب كل رقم سداسى عسر على حدة بوزن الأساس 16 ثم جمع النواتج . فى المثال التالى العدد السداسى عشر 2B يتم تحويله إلى العدد العشرى المكافىء وهو 43 :
أعداد التحويل Conversion of numbers :
الجدول التالى يبين بعض القيم ممثلة بالأنظمة : العشرى والثنائى والثنائى المكود عشرى والسداسى عشر :
المصطلحات الفنية Terminology
الحساس ( سنسور) Sensor :
الحساس هو جهاز يقوم بتحويل حالة طبيعية إلى إشارة كهربائية لاستخدامها بواسطة المتحكمPLC . يتم توصيل الحساسات بمدخل PLC . المفتاح الضاغط أحد الأمثلة لحساس يوصل بمدخلPLC . ترسل الإشارة الكهربائية من المفتاح الضاغط إلى PLC لبيان حالة تلامسات المفتاح الضاغط ( مفتوحopen / مغلقclosed )
تقوم المنفذات بتحويل الإشارة الكهربائية من PLC إلى حالة طبيعية . توصل المنفذات بخرجPLC .
بادىء المحرك هو أحد الأمثلة لمنفذ متصل بخرج PLC . تبعا لإشارة خرج PLC يقوم بادىء المحرك إما "ببدء" Start أو "إيقاف" Stop المحرك .
المدخل المنفصل ( الغير مترابط) Discrete input :
المدخل المنفصل , يعرف أيضا بالمدخل الرقمى , هو مدخل تكون حالته إما "توصيل" ON أو "فصل" OFF . المفاتيح الضاغطة Pushbuttons ومفاتيح التبديل toggle ومفاتيح النهايةlimit والمفاتيح التقاربية proximity وتلامسات الغلق closures أمثلة للحساسات المنفصلةوالتى توصل لمداخل PLC المنفصلة أو الرقمية . فى حالة التوصيل ON يمكن الإشارة للدخل المنفصل بالمنطق "واحد 1" أو بالمنطق المرتفع high .فى حالة الفصل OFF يمكن الإشارة للدخل المنفضل بالمنطق "صفر 0 " أو المنطق المنخفض low .
فى المثال التالى يستخدم مفتاح ضاغط "مفتوح فى الوضع العادى " NO . أحد جانبى المفتاح متصل بالدخل الأول للمتحكم PLC . الجانب الآخر للمفتاح الضتغط متصل بمصدر الجهد الداخلى الموجب 24 VDC . كثير من PLCs تتطلب مصدر قدرة منفصل لتغذية المداخل . فى حالة "الفتح" open لا يتواجد جهد على مدخل PLC . هذه الحالة هى حالة "الفصل" OFF . عند الضغط على المفتاح الضاغط يتم تطبيق 24 VDC على مدخل PLC . هذه الحالة هى حالة "التوصيل" ON .
المخارج المنفصلة Discrete outputs :
المخرج المنفصل هو مخرج يكون إما فى حالة "توصيل" ON أو فى حالة "فصل" OFF . ملفات السلونويدات وملفات الكونتاكتورات والمصابيح هى أمثلة لأجهزة تنفيذ توصل بمخارج منفصلة . المخارج المنفصلة تعرف أيضا بالمخارج الرقمية . فى المثال التالى , يمكن توصيل أو فصل المصباح عن طريق مخرج PLC المتصل به .
المدخل المنفصل , يعرف أيضا بالمدخل الرقمى , هو مدخل تكون حالته إما "توصيل" ON أو "فصل" OFF . المفاتيح الضاغطة Pushbuttons ومفاتيح التبديل toggle ومفاتيح النهايةlimit والمفاتيح التقاربية proximity وتلامسات الغلق closures أمثلة للحساسات المنفصلةوالتى توصل لمداخل PLC المنفصلة أو الرقمية . فى حالة التوصيل ON يمكن الإشارة للدخل المنفصل بالمنطق "واحد 1" أو بالمنطق المرتفع high .فى حالة الفصل OFF يمكن الإشارة للدخل المنفضل بالمنطق "صفر 0 " أو المنطق المنخفض low .
فى المثال التالى يستخدم مفتاح ضاغط "مفتوح فى الوضع العادى " NO . أحد جانبى المفتاح متصل بالدخل الأول للمتحكم PLC . الجانب الآخر للمفتاح الضتغط متصل بمصدر الجهد الداخلى الموجب 24 VDC . كثير من PLCs تتطلب مصدر قدرة منفصل لتغذية المداخل . فى حالة "الفتح" open لا يتواجد جهد على مدخل PLC . هذه الحالة هى حالة "الفصل" OFF . عند الضغط على المفتاح الضاغط يتم تطبيق 24 VDC على مدخل PLC . هذه الحالة هى حالة "التوصيل" ON .
المخرج المنفصل هو مخرج يكون إما فى حالة "توصيل" ON أو فى حالة "فصل" OFF . ملفات السلونويدات وملفات الكونتاكتورات والمصابيح هى أمثلة لأجهزة تنفيذ توصل بمخارج منفصلة . المخارج المنفصلة تعرف أيضا بالمخارج الرقمية . فى المثال التالى , يمكن توصيل أو فصل المصباح عن طريق مخرج PLC المتصل به .
المداخل التناظرية Analog inputs :
دخل المدخل التناظرى عبارة عن إشارة دخل مستمرة . مثال لمداخل تناظرية قياسية : التغير المستمر من 0 إلى 20mA أو التغير من 4 إلى 20mA أو التغير من 0 إلى 10V .
فى المثال التالى , "مرسل المستوى" level transmitter يراقب مستوى السائل فى الخزان . تبعا لمرسل المستوى فإن الإشارة الواصلة للمتحكم PLC يمكن أن تكون متزايدة أو متناقصة كلما تزايد أو تناقص المستوى .
المخارج التناظرية Analog outputs :
خرج المخرج التناظرى عبارة عن إشارة مستمرة . قد يكون الخرج بسيط مثل إشارة فى المستوى0-10 VDC والتى يمكن أن تقوم بقيادة مقياس تناظرى . أمثلة لمقاييس الخرج التناظرية : مقياس السرعة , مقياس الوزن , مقياس درجة الحرارة . قد تستخدم إشارة الخرج أيضا فى التطبيقات المعقدة مثل محول التيار إلى نيوماتيك current-to-pneumatic transducerوالذى يقوم بالتحكم فى سريان الهواء الذى يتحكم فى صمام التحكم .
دخل المدخل التناظرى عبارة عن إشارة دخل مستمرة . مثال لمداخل تناظرية قياسية : التغير المستمر من 0 إلى 20mA أو التغير من 4 إلى 20mA أو التغير من 0 إلى 10V .
فى المثال التالى , "مرسل المستوى" level transmitter يراقب مستوى السائل فى الخزان . تبعا لمرسل المستوى فإن الإشارة الواصلة للمتحكم PLC يمكن أن تكون متزايدة أو متناقصة كلما تزايد أو تناقص المستوى .
خرج المخرج التناظرى عبارة عن إشارة مستمرة . قد يكون الخرج بسيط مثل إشارة فى المستوى0-10 VDC والتى يمكن أن تقوم بقيادة مقياس تناظرى . أمثلة لمقاييس الخرج التناظرية : مقياس السرعة , مقياس الوزن , مقياس درجة الحرارة . قد تستخدم إشارة الخرج أيضا فى التطبيقات المعقدة مثل محول التيار إلى نيوماتيك current-to-pneumatic transducerوالذى يقوم بالتحكم فى سريان الهواء الذى يتحكم فى صمام التحكم .
وحدة المعالجة المركزية CPU :
وحدة المعالجة المركزية CPU هى نظام معالج دقيق "ميكروبروسسور" والذى يحتوى على "ذاكرة" النظام ووحدة اتخاز القرار للمتحكم PLC . تقوم وحدة المعالجة المركزية بمراقبة المداخل وتتخذ قرارات بناء على التعليمات المخزنة فى ذاكرة البرنامج . وحدة المعالجة المركزية تقوم بعمليات التحويل والعد والتوقيت ومقارنة البيانات وعمليات التتابع .
البرمجة Programming :
يتكون البرنامج من تعليمة أو أكثر والتى تقوم بإنجاز المهمة . برمجة PLC يعنى ببساطة بناء مجموعة من التعليمات . يوجد العديد من الطرق للبرمجة مثل منطق السلم ladder logic وقوائم العبارات statement lists و ومخططات كتل الوظيفة function block diagrams .
منطق السلم Ladder logic :
منطق السلم (LAD) هو أحد اللغات المستخدمة مع PC . منطق السلم يستخدم المكونات التى تشبه العناصر المستخدمة فى مخطط الدائرة الكهربية التى تصف التحكم عن طريق توصيل الأسلاك .
مخطط منطق السلم Ladder logic diagram :
الخط الرأسى الأيسر لمخطط منطق السلم يمثل القدرة أو الموصل المغذى . عنصر الخرج أو التعليمة يمثل خط التعادل neutral أو مسار عودة الدائرة . الخط الرأسى الأيمن الذى يمثل مسار العودة فى مخطط التحكم بتوصيل الأسلاك تمت إزالته . يتم قراءة مخطط منطق السلم من اليسار إلى اليمين , ومن أعلى إلى أسفل . السطور أو الدرجات أحيانا يشار إليها باسم "الشبكات"networks. . قد يكون بالشبكة عناصر تحكم متعددة ولكن يوجد بها ملف خرج واحد .
المثال المبين أعلاه , يبين المداخل I0.0, I0.1 والمخرج Q0.0 تمثل أول كمجموعة من التعليمات . عندما يكون كل من الدخل I0.0 والدخل I0.1 فى الحالة الفعالةenergizedيتم تفعيل ريلاى الخرج Q0.0 . المداخل يمكن أن تكون مفاتيح أو مفاتيح ضاغطة أو تلامسات غلق . المداخلI0.4, I0.5 والخرج Q1.1 تمثل ثانى مجموعة تعليمات . عندما يكون الدخل I0.4 أو الدخل I0.5فى حالة تفعيل فسوف يتم تفعيل ريلاى الخرج Q0.1 .
قائمة العبارات Statement list (STL):
قائمة العبارات STL توفر طريقة أخرى للبرمجة . العملية وما تقوم به توضع جهة اليسار . المعامل , وهو العنصر الذى تتم عليه العملية يوضع جهة اليمين . فيما يلى مقارنة بين قائمة العبارات الموضحة فيما بعد ومخطط منطق السلم الموضح فيما سبق , لنفس البناء . مجموعة التعليمات بقائمة العبارات هذه تؤدى نفس المهمة مثل مخطط منطق السلم .
مخططات بلوك الوظيفة Function Block Diagrams (FBD):
مخططات بلوك الوظيفة توفر طريقة أخرى للبرمجة . كل وظيفة لها اسم يدل على مهمة معينة . يتم بيان الوظائف عن طريق مستطيل . توضح المداخل جهة يسار المستطيل وتوضح المخارج جهة يمين المستطيل . مخطط بلوك الوظيفة التالى يوضح نفس برنامج مخطط منطق السلم وقائمة العبارات .
مسح المتحكم PLC scan :
يتم تنفيذ برنامج PLC كجزء من عملية متكررة تعرف "بالمسح" scan . يبدأ مسح PLC بأن تقوم وحدة المعالجة المركزية CPU بقراءة أحوال المداخل . يتم تنفيذ برنامج التطبيق باستحدام أحوال الدخل . بنجرد الانتهاء من البرنامج تقةم وحدة المعالجة المركزية بإجراء مهام التشخيص والاتصال الداخلى . تنتهى دورة المسح بتحديث المخارج وبعد ذلك تبدأ دورة مسح من جديد . زمن الدورة يعتمد على حجم البرنامج وعدد المخارج / المداخل وكمية الاتصالات المطلوبة .
وحدة المعالجة المركزية CPU هى نظام معالج دقيق "ميكروبروسسور" والذى يحتوى على "ذاكرة" النظام ووحدة اتخاز القرار للمتحكم PLC . تقوم وحدة المعالجة المركزية بمراقبة المداخل وتتخذ قرارات بناء على التعليمات المخزنة فى ذاكرة البرنامج . وحدة المعالجة المركزية تقوم بعمليات التحويل والعد والتوقيت ومقارنة البيانات وعمليات التتابع .
البرمجة Programming :
يتكون البرنامج من تعليمة أو أكثر والتى تقوم بإنجاز المهمة . برمجة PLC يعنى ببساطة بناء مجموعة من التعليمات . يوجد العديد من الطرق للبرمجة مثل منطق السلم ladder logic وقوائم العبارات statement lists و ومخططات كتل الوظيفة function block diagrams .
منطق السلم Ladder logic :
منطق السلم (LAD) هو أحد اللغات المستخدمة مع PC . منطق السلم يستخدم المكونات التى تشبه العناصر المستخدمة فى مخطط الدائرة الكهربية التى تصف التحكم عن طريق توصيل الأسلاك .
مخطط منطق السلم Ladder logic diagram :
الخط الرأسى الأيسر لمخطط منطق السلم يمثل القدرة أو الموصل المغذى . عنصر الخرج أو التعليمة يمثل خط التعادل neutral أو مسار عودة الدائرة . الخط الرأسى الأيمن الذى يمثل مسار العودة فى مخطط التحكم بتوصيل الأسلاك تمت إزالته . يتم قراءة مخطط منطق السلم من اليسار إلى اليمين , ومن أعلى إلى أسفل . السطور أو الدرجات أحيانا يشار إليها باسم "الشبكات"networks. . قد يكون بالشبكة عناصر تحكم متعددة ولكن يوجد بها ملف خرج واحد .
المثال المبين أعلاه , يبين المداخل I0.0, I0.1 والمخرج Q0.0 تمثل أول كمجموعة من التعليمات . عندما يكون كل من الدخل I0.0 والدخل I0.1 فى الحالة الفعالةenergizedيتم تفعيل ريلاى الخرج Q0.0 . المداخل يمكن أن تكون مفاتيح أو مفاتيح ضاغطة أو تلامسات غلق . المداخلI0.4, I0.5 والخرج Q1.1 تمثل ثانى مجموعة تعليمات . عندما يكون الدخل I0.4 أو الدخل I0.5فى حالة تفعيل فسوف يتم تفعيل ريلاى الخرج Q0.1 .
قائمة العبارات Statement list (STL):
قائمة العبارات STL توفر طريقة أخرى للبرمجة . العملية وما تقوم به توضع جهة اليسار . المعامل , وهو العنصر الذى تتم عليه العملية يوضع جهة اليمين . فيما يلى مقارنة بين قائمة العبارات الموضحة فيما بعد ومخطط منطق السلم الموضح فيما سبق , لنفس البناء . مجموعة التعليمات بقائمة العبارات هذه تؤدى نفس المهمة مثل مخطط منطق السلم .
مخططات بلوك الوظيفة توفر طريقة أخرى للبرمجة . كل وظيفة لها اسم يدل على مهمة معينة . يتم بيان الوظائف عن طريق مستطيل . توضح المداخل جهة يسار المستطيل وتوضح المخارج جهة يمين المستطيل . مخطط بلوك الوظيفة التالى يوضح نفس برنامج مخطط منطق السلم وقائمة العبارات .
يتم تنفيذ برنامج PLC كجزء من عملية متكررة تعرف "بالمسح" scan . يبدأ مسح PLC بأن تقوم وحدة المعالجة المركزية CPU بقراءة أحوال المداخل . يتم تنفيذ برنامج التطبيق باستحدام أحوال الدخل . بنجرد الانتهاء من البرنامج تقةم وحدة المعالجة المركزية بإجراء مهام التشخيص والاتصال الداخلى . تنتهى دورة المسح بتحديث المخارج وبعد ذلك تبدأ دورة مسح من جديد . زمن الدورة يعتمد على حجم البرنامج وعدد المخارج / المداخل وكمية الاتصالات المطلوبة .
البرمجيات "السوفتوير" Software :
البرمجيات هى أى معلومات فى الشكل الذى يمكن للكومبيوتر أو PLC من استخدامها . تتضمن البرمجيات التعليمات أو البرامج التى توجه الأجهزة hardware .
الأجهزة "الهاردوير" Hardware :
الهاردوير هى المعدات الفعلية . المتحكم PLC وجهاز البرمجة وكابل التوصيل هى أمثلة للهاردوير .
الذاكرات :
حجم الذاكرة Memory size :
الكيلو Kilo واختصارا K عادة يشير إلى 1000 وحدة . عندما نتحدث حول ذاكرة الكومبيوتر أوPLC فإن 1K تعنى 1024 . وذلك بسبب نظام العدد الثنائى (210=1024) . وهذا يمكن أن يكون 1024 bits أو 1024 bytes أو 1024 words حسب نوع الذاكرة .
ذاكرة الوصول العشوائى "الرام" Random Access Memory (RAM) :
ذاكرة RAM هى ذاكرة حيث يمكن الوصول للبيلنات مباشرة عند أى عنوان . يمكن كتابة البيانات إلى وقراءة البيانات من RAM . تستخدم ذاكرة RAM كحيز تخزين مؤقت .
ذاكرة RAM متطايرة بمعنى إن البيانات المخزنة فى RAM سوف تفقد عند غياب القدرة . لتجنب فقد البيانات تستخدم بطارية احتياطية فى حالة فقد القدرة .
ذاكرة القراءة فقط "روم" Read Only Memory (ROM):
ذاكرة ROM هى نوع من الذاكرة والتى يمكن القراءة منها ولا يمكن الكتابة عليها . يستخدم هذا النوع من الذاكرة لحماية البيانات أو البرؤامج من المحو العرضى (الغير مقصود) .
ذاكرة ROM غير متطايرة بمعنى أن برنامج المستخدم سوف لا يفقد البيانات خلال فقد القدرة الكهربائية . عادةة ما تستخدم ذاكرة ROM فى تخزين البرؤامج التى تعرف قدرات PLC .
ذاكرة القراءة فقط القابلة للمحو " إبروم" Erasable Programmable Read Only Memory (EPROM) :
توفر ذاكرة EPROM مستوى معين من الأمن (السرية) ضد التغيرات الغير مصرح بها أو غير المرغوب فيها فى البرنامج .
يتم تصميم ذاكرة EPROM بحيث يمكن قراءة البيانات المخزنة فيها ولكن لا يمكن تغييرها بسهولة . تغيير بيانات ذاكرة EPROM يتطلب جهدا خاصا . ذاكرات القراة فقط القابلة للمحو بالأشعة فوق البنفسجية UVEPROMs يمكن محوها فقط عن طريق ضوء لأشعة فوق بنفسجية . ذاكرات القراءة فقط القابلة للمحو كهربائيا EEPROM
البرمجيات هى أى معلومات فى الشكل الذى يمكن للكومبيوتر أو PLC من استخدامها . تتضمن البرمجيات التعليمات أو البرامج التى توجه الأجهزة hardware .
الهاردوير هى المعدات الفعلية . المتحكم PLC وجهاز البرمجة وكابل التوصيل هى أمثلة للهاردوير .
الذاكرات :
حجم الذاكرة Memory size :
الكيلو Kilo واختصارا K عادة يشير إلى 1000 وحدة . عندما نتحدث حول ذاكرة الكومبيوتر أوPLC فإن 1K تعنى 1024 . وذلك بسبب نظام العدد الثنائى (210=1024) . وهذا يمكن أن يكون 1024 bits أو 1024 bytes أو 1024 words حسب نوع الذاكرة .
ذاكرة الوصول العشوائى "الرام" Random Access Memory (RAM) :
ذاكرة RAM هى ذاكرة حيث يمكن الوصول للبيلنات مباشرة عند أى عنوان . يمكن كتابة البيانات إلى وقراءة البيانات من RAM . تستخدم ذاكرة RAM كحيز تخزين مؤقت .
ذاكرة RAM متطايرة بمعنى إن البيانات المخزنة فى RAM سوف تفقد عند غياب القدرة . لتجنب فقد البيانات تستخدم بطارية احتياطية فى حالة فقد القدرة .
ذاكرة القراءة فقط "روم" Read Only Memory (ROM):
ذاكرة ROM هى نوع من الذاكرة والتى يمكن القراءة منها ولا يمكن الكتابة عليها . يستخدم هذا النوع من الذاكرة لحماية البيانات أو البرؤامج من المحو العرضى (الغير مقصود) .
ذاكرة ROM غير متطايرة بمعنى أن برنامج المستخدم سوف لا يفقد البيانات خلال فقد القدرة الكهربائية . عادةة ما تستخدم ذاكرة ROM فى تخزين البرؤامج التى تعرف قدرات PLC .
ذاكرة القراءة فقط القابلة للمحو " إبروم" Erasable Programmable Read Only Memory (EPROM) :
توفر ذاكرة EPROM مستوى معين من الأمن (السرية) ضد التغيرات الغير مصرح بها أو غير المرغوب فيها فى البرنامج .
يتم تصميم ذاكرة EPROM بحيث يمكن قراءة البيانات المخزنة فيها ولكن لا يمكن تغييرها بسهولة . تغيير بيانات ذاكرة EPROM يتطلب جهدا خاصا . ذاكرات القراة فقط القابلة للمحو بالأشعة فوق البنفسجية UVEPROMs يمكن محوها فقط عن طريق ضوء لأشعة فوق بنفسجية . ذاكرات القراءة فقط القابلة للمحو كهربائيا EEPROM