מלוח מגענים לבקר מתוכנת
🎯 מטרות למידה
בסוף הפרק תוכלו:
- להסביר מהו בקר מתוכנת ומה הוא מחליף בלוח הפיקוד.
- להשוות בין לוח מגענים לבין בקר מתוכנת בשינוי, באיתור תקלות ובעלות.
- לזהות את שלוש השכבות של מערכת בקרה: שטח, בקר ומפעיל.
- להסביר למה הפיקוד והבקר עובדים ב-24 וולט ישר.
- לנמק למה עצירת חירום והגנות נשארות בחומרה.
❓ שאלת פתיחה
במפעל אריזה יש לוח פיקוד עם עשרות מגענים, ממסרי עזר וקוצבי זמן. מנהל הייצור מבקש לשנות את סדר ההפעלה של שני מסועים.
כמה עבודה זה דורש בלוח המגענים, וכמה בבקר מתוכנת?
נחזור לשאלה הזו בסוף הפרק.
ידע נדרש
- מגען, מגעי עזר וממסר תרמי.
- מעגל פיקוד הפעל/הפסק במגענים.
⏱️ זמן מומלץ: שיעור אחד. פרק עיוני, בלי ציוד מעבדה.
ציר זמן קצר
| תקופה | מה קרה |
|---|---|
| סוף שנות השישים | הבקר המתוכנת הראשון מחליף לוחות ממסרים בתעשיית הרכב |
| שנות השמונים | מתכנתים את הבקר ממחשב אישי, במקום ממכשיר תכנות ייעודי |
| 1993 | התקן הבינלאומי IEC 61131-3 מגדיר חמש שפות תכנות אחידות לבקרים |
| היום | בקרים ברשת, מסכי מפעיל, שליטה מרחוק והקלטת היסטוריה של התהליך |
בקר מתוכנת הוא מחשב תעשייתי קשיח שקורא מבואות מהשטח, מבצע תוכנית פיקוד, ומפעיל מוצאים. בתעשייה קוראים לו גם PLC (Programmable Logic Controller).
1.1 מה הבקר מחליף
בסוף שנות השישים ביקשה תעשיית הרכב בארצות הברית דרך מהירה יותר לשנות את פסי הייצור. כל שינוי דגם דרש לחווט מחדש לוחות פיקוד ענקיים. התשובה הייתה הבקר המתוכנת: את הלוגיקה כותבים בתוכנה, ואת החוטים משאירים רק למבואות ולמוצאים.
שני האיורים עושים בדיוק אותו דבר. בלוח המגענים, כל שינוי הוא עבודה עם מברג וחוטים. בבקר, כל שינוי הוא עריכה של שורה במחשב והטענה מחדש.
| נושא | לוח מגענים | בקר מתוכנת |
|---|---|---|
| שינוי הלוגיקה | חיווט מחדש של הלוח | עריכת התוכנה והטענה |
| קוצבי זמן ומונים | רכיב פיזי לכל אחד | מאות בזיכרון, בלי עלות נוספת |
| איתור תקלות | מדידה מגע אחר מגע | נוריות מבואות ותצוגה חיה של הסולם |
| בלאי | מגעי עזר נשחקים | הלוגיקה לא נשחקת, רק ממסרי המוצא |
| מכונה קטנה מאוד | זול ופשוט | יקר יותר |
| מערכת גדולה | לוח ענק ויקר | בקר אחד, זול ואמין יותר |
1.2 מה הבקר לא מחליף
הבקר מחליף את לוגיקת הפיקוד: ממסרי העזר, קוצבי הזמן והמונים. הוא לא מחליף את הרכיבים שמזרימים זרם גבוה או מגינים על אנשים ועל מנועים.
⚡ מגעני כוח
מוצא הבקר עומד בזרם קטן. את המנוע מפעיל מגען, והבקר רק מפעיל את הסליל שלו.
🛡️ הגנות
מפסק זרם וממסר תרמי מגינים על המנוע ועל הכבלים גם כשהתוכנה שגויה.
🛑 עצירת חירום
לחצן החירום מנתק את מעגל הכוח בחומרה, ולא רק שולח בקשה לתוכנה.
תוכנה יכולה להיתקע, ומגע מוצא יכול להירתך. לכן כל דבר שמגן על אדם או על ציוד נשאר מחובר גם בחומרה. בחוברת הזו, למשל, מגע 95-96 של הממסר התרמי תמיד מחובר בטור לסליל המגען, גם כשההגנה נקראת גם בבקר.
1.3 שלוש השכבות של מערכת בקרה
1. השטח
לחצנים, מפסקי גבול, חיישנים, מגענים, שסתומים ונוריות. כאן קורה העולם הפיזי.
2. הבקר
קורא את השטח, מחליט לפי התוכנית, ומפעיל את השטח. זה "המוח" של המכונה.
3. המפעיל
מסך מפעיל או מחשב בקרה. כאן רואים את התהליך, מקבלים התראות ונותנים פקודות.
כל פרקי הניסוי בחוברת עוברים בשלוש השכבות: מחווטים את השטח, כותבים את הסולם, ובפרק 13 בונים גם מסך מפעיל.
שייכו כל רכיב לשכבה שלו: שטח, בקר או מפעיל.
| רכיב | שכבה |
|---|---|
| לחצן עצירת חירום | |
| חיישן מפלס במכל | |
| מסך מגע בחדר הבקרה | |
| סליל של מגען | |
| תוכנית הסולם | |
| נורית תקלה על דלת הלוח |
למה 24 וולט ישר? הבקר, הלחצנים, החיישנים וסלילי המגענים בלוח עובדים ב-24 וולט ישר. המתח הזה בטוח יותר לעבודה של טכנאי ושל תלמיד, הוא תקן לחיישנים תעשייתיים, ואפשר לגבות אותו בקלות במצברים.
1.4 איפה פוגשים בקרים
| תחום | דוגמה למה שהבקר עושה |
|---|---|
| מים וביוב | מפעיל משאבות לפי מפלס במאגר, ומתריע על תקלה |
| חקלאות וחממות | פותח חלונות, מפעיל מאווררים והשקיה לפי טמפרטורה ולחות |
| מזון ואריזה | מפעיל מסועים, סופר מוצרים ועוצר כשהקרטון מלא |
| מבנים | מפעיל מערכות מיזוג, תאורה ומשאבות בבניין |
| תעשייה כבדה | מתניע מנועים גדולים בכוכב-משולש ומתאם בין מכונות |
יצרנים נפוצים בארץ
| יצרן | ארץ | סדרה נפוצה בבתי ספר ובמפעלים |
|---|---|---|
| אומרון | יפן | CP1E, CP1L, CJ2M |
| סימנס | גרמניה | S7-1200, S7-1500 |
| יוניטרוניקס | ישראל | בקרים עם מסך מובנה |
| אידק | יפן | FC6A |
| שניידר | צרפת | M221, M241 |
| אלן-ברדלי | ארצות הברית | Micro800, CompactLogix |
החוברת עובדת עם אומרון, אבל הלוגיקה זהה בכל היצרנים. בנספח ב יש טבלה שממירה כתובות בין אומרון, סימנס ואידק.
רשמו שלוש מערכות בבית הספר, בבית או בעיר שלדעתכם מופעלות בבקר. לכל אחת כתבו מבוא אחד ומוצא אחד.
מתכנת בקרים טוב צריך לדעת גם חשמל. כדי לגשת לבדוק מנוע שלא מסתובב בלוח חי, נדרש רישיון חשמלאי. התוכנה היא רק חצי מהמקצוע.
1.5 סיכום
- בקר מתוכנת קורא מבואות, מבצע תוכנית פיקוד ומפעיל מוצאים.
- הבקר מחליף את לוגיקת הפיקוד: ממסרי עזר, קוצבי זמן ומונים.
- שינוי בבקר הוא עריכת תוכנה, ולא חיווט מחדש.
- מגעני כוח, הגנות ועצירת חירום נשארים בחומרה.
- מערכת בקרה בנויה משלוש שכבות: שטח, בקר ומפעיל.
- הפיקוד והבקר עובדים ב-24 וולט ישר, מסיבות בטיחות ותקינה.
- הלוגיקה זהה בכל היצרנים, רק צורת הכתובות משתנה.
מונחים
| מונח | באנגלית | הסבר קצר |
|---|---|---|
| בקר מתוכנת | PLC | מחשב תעשייתי שמבצע לוגיקת פיקוד |
| לוח פיקוד | Control panel | הלוח שבו נמצאים הבקר, המגענים וההגנות |
| מגען | Contactor | מתג שנשלט בסליל ומפעיל זרם גבוה |
| ממשק אדם-מכונה | HMI | מסך שבו המפעיל רואה ושולט בתהליך |
| עצירת חירום | Emergency stop | לחצן שמנתק את המכונה בחומרה |
בדיקה עצמית
- מה ההבדל העיקרי בין לוח מגענים לבין בקר מתוכנת כשצריך לשנות את סדר הפעולה?
- תנו שתי דוגמאות לרכיבים שהבקר לא מחליף, והסבירו למה.
- מה תפקידה של כל אחת משלוש השכבות במערכת בקרה?
- למה מגע 95-96 של הממסר התרמי נשאר בטור לסליל המגען גם כשיש בקר?
- ענו עכשיו על שאלת הפתיחה של הפרק.
התשובות בסוף הפרק.
דף המבוא לבקרים מתוכנתים באתר, עם הסברים והדגמות חיות של הנושאים בפרקים 1 עד 4:
תשובות לבדיקה העצמית
- בלוח מגענים צריך לחווט מחדש. בבקר עורכים את התוכנה ומטעינים אותה, והחיווט של המבואות והמוצאים נשאר כמו שהוא.
- מגעני כוח, כי מוצא הבקר עומד רק בזרם קטן. הגנות ועצירת חירום, כי הן חייבות לעבוד גם כשהתוכנה תקועה או כשמגע מוצא נרתך.
- השטח מודד ומבצע בעולם הפיזי. הבקר מחליט לפי התוכנית. שכבת המפעיל מציגה את מצב התהליך ומקבלת פקודות.
- כדי שההגנה תפעל גם אם יש טעות בתוכנה או שמגע המוצא של הבקר נתקע במצב סגור.
- בלוח המגענים: לתכנן מחדש, לנתק ולחווט חוטים, ולבדוק הכול מחדש, לפעמים ימים של עבודה. בבקר: לשנות כמה שורות בסולם, לבדוק בסימולציה ולהטעין, בדרך כלל תוך שעה.