ما هي مكونات الـ PLC؟

ال PLC أو المتحكم المنطقي المبرمج هو جهاز إلكتروني يشبه الحاسوب يستخدم للتحكم في المعدات المختلفة والعمليات الصناعية، ويتكون ال PLC من ستة أجزاء رئيسية هي: وحدة مجهز القدرة . وحدة المعالجة المركزية، وحدة الذاكرة، وحدة الادخال، وحدة الاخراج وحدة البرمجة. وفي هذا المقال شرح لتركيب ال PLC ووظيفة أجزاءه المختلفة

وحدة مصدر القدرة

وحدة مصدر القدرة Power Supply تعمل على تزويد جميع أجزاء جهاز الـ PLC بالمصدر الكهربائي المطلوب وتحتوي هذه الوحدة على جميع المراحل اللازمة مثل تحويل الجهد الداخل المتردد أو توحيد وترشيح وتنظيم الجهد، وتعمل معظم هذه الاجهزة على الفولتية 24V DC او الفولتية 220VAC وفي الأنواع الكبيرة للـ PLC تكون وحدة مصدر القدرة منفصلة بينما تكون في أنواع PLC الصغيرة مدمجة.

ولوحدة مصدر القدرة بطارية تعمل بصورة ذاتية في حالة حدوث أي عطل في الدائرة الالكترونية لمجهز القدرة لتجهيز الفولتية إلى وحدة المعالجة المركزية CPU لتفادي فقدان البرنامج من الذاكرة.

وحدة الإدخال

وحدة الدخل هي الوسيط بين أجهزة الإدخال وبين وحدة المعالجة المركزية CPU وتقوم وحدات الإدخال باستقبال الإشارات الكهربائية (تناظرية أو رقمية) وتحويلها إلى ما يقابلها من بيانات (Data) وإرسالها إلى دوائر الربط ومنها إلى وحدة المعالجة المركزية وتحتوي وحدات الإدخال على مرشحات (Filters) ودوائر عزل ودوائر التحويل بالإضافة إلى دوائر الربط.

ويمكن تلخيص مهمات وحدات الدخل بالتالي:

1. استشعار وجود إشارات الدخل أو غيابها عند كل نهاية طرفية للمداخل.
2. تحويل إشارة الدخل إلى جهد / تيار مناسب لعمل وحدة الدخل .
3. العزل الكهربائي بين إشارة خرج وحدة الدخل المتصلة بوحدة المعالجة المركزية عن دارات أجهزة الدخل.
4. إرسال إشارة رقمية (منطقية) لوحدة المعالجة المركزية عن وضع الـمجسات الـمختلفة .

ويوجد نوعين رئيسين لوحدات الإدخال:

وحدة الإدخال الرقمي Digital Input: وهو خاص بالإشارات الرقمية (OFF) أو (on) أي (0 او 1) وحدة الادخال الرقمي تؤدي نفس الوظيفة التي تقوم بها المرحلات (Relays) والكونتاكتور بحيث أنها تشبه حالات التشغيل والإيقاف ولكن بأسلوب منطقي آخر.

ويوجد وحدات دخل رقمية سريعة الاستجابة مخصصة لاستقبال إشارات دخل سريعة وتستعمل لإدخال الإشارات ذات التردد العالي مثل الإشارات الواردة من مجسات تقاربية تقوم بإعطاء عدة نبضات لكل دورة من جسم يدور بسرعة عالية. ويكون عمل وحدة الدخل من هذا النوع مشابهًا لوحدة الدخل العادية، ويختلف فقط في أن زمن التأخير لها أقل.

2- وحدات الإدخال التماثلية: تقوم باستقبال الإشارات التماثلية التي تتغير ضمن مدى معين والواردة من المجسات المختلفة. ويختلف خرج الـحساسات المختلفة من ناحية النوع والقيمة.

وفيما يلي بعض الأمثلة على ذلك:
وحدات إدخال فرق جهد ضمن المدى (IOOmV+ إلى IOOmV-)، 5V إلى 0. (10V إلى 10V-) .
وحدات إدخال تيار ضمن نطاق (4 إلى 2OmA) – (موجب 2OmA إلى سالب 2OmA)
وحدات إدخال إشارات في صورة مقاومة متغيرة للحساسات التي تعتمد على تغير مقاومتها عند قياس المتغيرات الفيزيائية. مثل الوحدات التي تعمل مع الحساس PTIOOO .PTIOO، الثرمستور .

وحدة الإخراج

تعمل وحدة الإخراج Output Units باستقبال تعليمات التحكم المنطقية المرسلة من وحدة (CPU) وتحويلها إلى إشارات رقمية أو تماثلية يمكن استخدامها للتحكم في مجموعة متنوعة من الأجهزة التي يتم توصيلها بوحدة الإخراح. وتقوم بتكبير قدرة هذه الإشارات لكي يمكنها التأثير على المشغلات (actuators).

والمشغل (actuators) هي الوحدة التي تستلم إشارة كهربائية وتحولها إلى ما يقابلها من حركة ميكانيكية مثل فتح أو غلق صمام تحكم أو بوابة أو تشغيل كونتاكتور (Contactor) أو السيطرة على حزام ناقل وتقوم وحدة الإخراج بإرسال الإشارات الكهربائية إلى المشغلات طبقًا لبرنامج التحكم الموضوع. وتنقسم إلى وحدات خرج رقمية وتماثلية.

وحدة الخرج الرقمي (Digital Output): تعمل هذه الوحدات على تنفيذ عمليات التوصيل والفصل (OFF, ON)كما في المفاتيح العادية ونقاط التلامس المفتوحة والمغلقة في المرحل (Relay).

وحدة الخرج التماثلي (Analog Output): عادة ما يكون خرج هذه الوحدات عبارة عن جهد أو تيار مستمر متغير القيمة.

وحدة المعالجة المركزية CPU

وحدة المعالجة المركزية تمثل العقل المسيطر بالنسبة لجهاز التحكم المنطقي المبرمج (PLC) ومهمة هذه الوحدة هو ملاحظة حالة أجهزة الإدخال (مثل المجسات والمفاتيح) وقراءة البرنامج المكتوب ثم اصدار القرارات
وارسالها إلى وحدة الإخراج على شكل إشارات مسيطر عليها لتشغيل الاحمال كالمرحلات والمؤقتتات.

وتعمل (CPU) مع الذاكرة سوية ومصطلح (CPU) يبدل غالبًا بمصطلح المعالج (Processor) أو المعالج الدقيق (Microprocessor) وتحتوي (CPU) على جميع العناصر الضرورية التي تشكل ذكاء وعقل النظام.

المعالج

يقوم المعالج (Microprocessor) بالتحكم بجميع الأعمال والمهام المنوطة بجهاز (PLC) مثل استدعاء برنامج التحكم من الذاكرة خطوة خطوة وتنفيذه، كما يقوم باستقبال البيانات القادمة من الوحدات الطرفية مثل وحدات الإدخال والإخراج والاتصال بالمبرمجات وشبكات المتحكمات أو شبكات الحاسب الآلي الأخرى. وتختلف المعالجات بطول الكلمة (Length word) التي تعالجها بالبت ( 32 ’16 ‘8 ‘4)، وبالسرعة والدقة التي تعمل عليها.

ويشتمل المعالج على الوحدات الأساسية التالية:
وحدة الحساب والمنطق (Arithmatic Logic Unit—ALU): تقوم بتنفيذ العمليات الحسابية والمنطقية على البيانات المطلوبة.
وحدة التحكم (Control Unit): تنظم وتتحكم بتتابع العمليات اللازمة لتنفيذ التعليمات المطلوبة في برنامج التحكم.

الذاكرة

الذاكرة (Memory) هي جزء من PLC يخزن البيانات والبرامج والمعلومات. وتحتوي الذاكرة بأنواعها على البرامج الأساسية لعمل الجهاز، وكذلك البرنامج المطلوب من الجهاز تنفيذه والمدخل من المستخدم.
تسمى عملية إضافة معلومات جديدة إلى الذاكرة الكتابة، وعملية استرجاع المعلومات من موقع الذاكرة تسمى القراءة.

الأنواع الرئيسية للذاكرة المستخدمة في PLC هي ذاكرة القراءة فقط ROM وذاكرة الوصول العشوائي RAM.

1- الذاكرة العشوائية RAM: هي الذاكرة التي يمكن إدخال البيانات (Data) لها مباشرة من أي عنوان، كما أنه يمكن كتابة وقراءة البيانات من هذه الذاكرة، وهي ذاكرة مؤقتة يعني هذا أن البيانات المخزنة فيها ستفقد فيي حالة فقدان الطاقة الكهربائية المشغلة لها ولذلك يتم تركيب بطارية لتجنب فقدان البيانات في حالة فقدان الطاقة الرئيسة المشغلة لها.

2- ذاكرة القراءة فقط ROM: وهى الذاكرة التي يمكن قراءة البيانات منها ولكن لا يمكن كتابة البيانات فيها. هذه الذاكرة تستخدم لحماية البيانات أو البرامج المخزنة فيها من المسح (الفقدان) أو الحذف، وهي ذاكرة دائمة وهذا يعني أن البيانات المخزنة فيها لن تفقد في حالة فقدان الطاقة الكهربائية.

جهاز البرمجة

يتم استخدام جهاز برمجة لإدخال البرنامج المطلوب في ذاكرة المعالج. يمكن كتابة البرنامج باستخدام لغة السلم (Ladder)، وهي من أشهر لغات برمجة PLC، تستخدم لغة البرمجة (Ladder) رموز رسومية تظهر قطع مثل العدادات والتايمر وغيرها. لغة السلم تشبه مخططات دوائر الكلاسيك كنترول لتسهيل الأمر للأشخاص الذين لديهم خلفية في الكلاسيك كنترول على برمجة ال PLC.

ويمكن استخدم اجهزة برمجة خاصة لبرمجة ال PLC ومراقبتها أو باستخدام الحاسب الآلي. وعند استخدام الحاسب تحتاج لتحميل برنامج البرمجة الخاص بال PLC ولكل شركة برنامج خاص فيها.