פרק 3 · מבואות ומוצאיםבקרים מתוכנתים · אומרון⌂📚🏠
פרק 3 · יסודות

מבואות ומוצאים

חיווט 24 וולט, מגע בשטח מול מגע בסולם, מוצאי ממסר ומבוא אנלוגי

🎯 מטרות למידה

בסוף הפרק תוכלו:

  1. לחווט מבוא ספרתי בשתי השיטות: משותף למינוס ומשותף לפלוס.
  2. לבחור מגע פתוח או סגור בסולם לפי אופן החיווט בשטח.
  3. להבחין בין מוצא ממסר למוצא טרנזיסטור ולבחור ביניהם.
  4. להגן על מוצאים ועל סלילים.
  5. להסביר למה מודדים ב-4 עד 20 מיליאמפר ולהמיר זרם לאחוזים.

❓ שאלת פתיחה

חיישן מפלס במרחק 200 מטר מהבקר שולח מתח של 0 עד 10 וולט. כשהמכל מלא לגמרי, הבקר מציג רק 92%.

לאן "נעלמו" 8 האחוזים? ואיך התעשייה פותרת את זה?

ידע נדרש

ציוד וזמן

ציודכמות
בקר אומרון וספק כוח 24 וולט1
לחצן פתוח, לחצן סגור ומפסק גבול1 מכל סוג
חיישן קרבה תלת-גידי1
נורית 24 וולט וממסר עזר 24 וולט1 מכל סוג
רב-מודד1

⏱️ זמן מומלץ: שני שיעורים. שיעור עיוני ושיעור מדידות.

⛑️בטיחות
  • כל החיווט בפרק הזה ב-24 וולט ישר בלבד.
  • מודדים מתח עם רב-מודד במצב מתח ישר, ולא במצב זרם.

3.1 מבוא ספרתי: איך הבקר "מרגיש" לחצן

בתוך כל מבוא יש דיודת אור קטנה, חלק ממצמד אופטי. כשזורם דרכה זרם, הבקר רואה 1. כדי שיזרום זרם צריך מעגל סגור: מהספק, דרך הלחצן, דרך המבוא, אל המשותף (COM) וחזרה לספק.

מבוא הבקר0.00COM24V+−S1משותף למינוס
איור 3.1: משותף למינוס: הלחצן מעביר פלוס למבוא
מבוא הבקר0.00COM24V−+S1משותף לפלוס
איור 3.2: משותף לפלוס: הלחצן מעביר מינוס למבוא

בחוברת הזו עובדים בשיטה הראשונה: המשותף מחובר למינוס, והלחצנים מחוברים בין 24+ לבין המבואות. בבקרי אומרון רבים אפשר לחבר את המשותף לכל אחד מהקטבים. בודקים את זה בגיליון הנתונים של הדגם.

📘הגדרה

חיישנים תלת-גידיים. לחיישן קרבה יש שלושה גידים: פלוס, מינוס ויציאה. חיישן PNP מוציא פלוס כשהוא מזהה, ולכן מתאים לשיטה עם משותף למינוס. חיישן NPN מוציא מינוס, ומתאים למשותף לפלוס.

✏️תרגיל

מדידה במעבדה. חברו את שלושת הרכיבים למבואות 0.00 עד 0.02, ומלאו את הטבלה.

רכיבמצבמתח בהדק המבואנורית המבוא
לחצן פתוחלא לחוץ
לחצן פתוחלחוץ
לחצן סגורלא לחוץ
לחצן סגורלחוץ
חיישן קרבהאין חפץ
חיישן קרבהיש חפץ
💡רמז

בדיקה ברב-מודד: מוליך שחור ל-0 וולט, מוליך אדום להדק המבוא. לחצן לא לחוץ: 0 וולט. לחצן לחוץ: כ-24 וולט, ונורית המבוא בבקר נדלקת. אם יש מתח ואין נורית, הבעיה במשותף.

3.2 מגע בשטח מול מגע בסולם

זה הנושא שהכי מבלבל בהתחלה, ולכן כדאי להבין אותו פעם אחת עד הסוף. יש שתי שאלות נפרדות:

  1. בשטח: האם הלחצן מחובר דרך מגע פתוח או סגור? זה קובע מתי המבוא דולק.
  2. בסולם: האם כותבים מגע פתוח או סגור? זה קובע מתי השורה מוליכה, לפי מצב המבוא.
חיווט בשטחלא לוחציםלוחציםמגע פתוח בסולם מוליך...מגע סגור בסולם מוליך...
מגע פתוחמבוא 0מבוא 1כשלוחציםכשלא לוחצים
מגע סגורמבוא 1מבוא 0כשלא לוחציםכשלוחצים
📘הכלל

הכלל: מגע פתוח בסולם מוליך כשהמבוא דולק. מגע סגור בסולם מוליך כשהמבוא כבוי. כדי לבחור, שואלים: "מה מצב המבוא ברגע שהשורה צריכה להוליך?"

שתי שיטות לחיבור לחצן עצירה

שיטת החוברתשיטת התעשייה
בשטחלחצן עצירה פתוחלחצן עצירה סגור
המבוא כשהכול תקין01
בסולםמגע סגורמגע פתוח
אם החוט נקרעאי אפשר לעצורהמכונה עוצרת

השיטה התעשייתית נקראת "בטוח בכשל": כל תקלה בחוט מובילה למצב בטוח. בתרגילי החוברת נשארים עם לחצנים פתוחים, כמו בתרגילי 6001 עד 6012, אבל בפרויקט אמיתי מחברים עצירה, חירום ומפסקי גבול במגע סגור.

✏️תרגיל

השלימו את הטבלה. לכל רכיב רשמו איזה מגע תכתבו בסולם כדי שהשורה תוליך במצב המבוקש.

רכיב בשטחחיווטהשורה צריכה להוליך כש...מגע בסולם
לחצן הפעלהפתוחלוחצים
לחצן עצירהסגורלא לוחצים
ממסר תרמי 95-96סגוראין עומס יתר
מפסק גבולפתוחהשער לא הגיע לגבול

3.3 מוצאים

מוצא ממסרCOM100.00כל מתח: ישר או חילופיןמוצא טרנזיסטור100.00מתח ישר בלבד, מהיר מאוד
איור 3.3: שני סוגי מוצאים: ממסר וטרנזיסטור
מוצא ממסרמוצא טרנזיסטור
מתח עבודהישר או חילופין, גם 230 וולטמתח ישר בלבד, בדרך כלל 24 וולט
מהירות מיתוגאיטי, עשרות מיתוגים בדקהמהיר מאוד, אלפי פולסים בשנייה
אורך חייםמגע מכני שנשחקללא בלאי מכני
שימוש טיפוסיסלילי מגענים, נוריות, שסתומיםפולסים למנוע צעד, הבהוב מהיר

משותף בקבוצות

המוצאים מחולקים לקבוצות, ולכל קבוצה הדק משותף אחד. כל המוצאים באותה קבוצה עובדים עם אותו מתח. אם צריך גם 24 וולט ישר וגם 230 וולט חילופין, מחברים אותם לקבוצות שונות.

✏️תרגיל

בחרו מוצא ממסר או מוצא טרנזיסטור לכל עומס, ונמקו במילה או שתיים.

עומססוג מוצאנימוק
סליל מגען 230 וולט חילופין
נורית סימון 24 וולט ישר
פולסים למנוע צעד, 5,000 בשנייה
שסתום סולנואיד 24 וולט ישר, פעם בדקה
⚠️שימו לב
  • זרם מקסימלי: מגע ממסר בבקר עומד בדרך כלל בכ-2 אמפר. מנוע תמיד מופעל דרך מגען.
  • נתיך: שמים נתיך על המשותף של כל קבוצת מוצאים.
  • דיכוי ניצוצות: על סליל של מגען בזרם ישר מחברים דיודה הפוכה, ועל סליל בזרם חילופין מחברים מסנן או וריסטור. כך מגעי הבקר מחזיקים הרבה יותר זמן.

3.4 מבואות ומוצאים אנלוגיים

מבוא ספרתי יודע רק "יש" או "אין". כשצריך לדעת כמה, כמו מפלס, טמפרטורה או לחץ, משתמשים במבוא אנלוגי. המבוא מתרגם מתח או זרם למספר שלם, למשל בתחום 0 עד 4000, לפי סוג הכרטיס.

משדר מפלסLTמבוא אנלוגי4-20mA24VDC+−−+אותו זרם בכל החוג
איור 3.4: חוג זרם: משדר, ספק ומבוא אנלוגי בטור

למה זרם ולא מתח? במדידת מתח, מפל המתח על כבל ארוך מקטין את הקריאה. בחוג זרם אותו זרם עובר בכל החוג, ולכן הכבל לא משנה את המדידה. זו התשובה לשאלת הפתיחה.

למה מתחילים ב-4 ולא ב-0? כך 0 מיליאמפר אומר "נתק", ולא "מכל ריק". הבקר יכול להבחין בין חיישן תקול לבין ערך אמיתי.

% = (I − 4) / 16 × 100
0481216200255075100mA%נתק
איור 3.5: המרה מזרם לאחוזים
✅דוגמה

המשדר מודד 12 מיליאמפר. האחוז: (12 − 4) / 16 × 100 = 50%. אם הוא מודד 2 מיליאמפר, זה מתחת ל-4: הבקר צריך להציג "תקלת חיישן".

📘מוצא אנלוגי

מוצא אנלוגי עושה את הכיוון ההפוך: הבקר מוציא 0 עד 10 וולט או 4 עד 20 מיליאמפר. כך מכתיבים מהירות לממיר תדר של מנוע, או אחוז פתיחה לשסתום רציף.

3.5 סיכום

  1. מבוא ספרתי נדלק כשזורם זרם דרך המצמד האופטי שבתוכו.
  2. המשותף של המבואות מחובר למינוס או לפלוס, והמגע מעביר את הקוטב השני.
  3. מגע פתוח בסולם מוליך כשהמבוא דולק. מגע סגור מוליך כשהמבוא כבוי.
  4. בתעשייה מחברים עצירה ומפסקי גבול במגע סגור, כדי שחוט קרוע יעצור את המכונה.
  5. מוצא ממסר מתאים לכל מתח אבל איטי. מוצא טרנזיסטור מהיר אבל רק למתח ישר.
  6. באותה קבוצת מוצאים עובדים עם מתח אחד, ושמים נתיך על המשותף.
  7. חוג 4 עד 20 מיליאמפר לא מושפע מאורך הכבל ומזהה נתק.
  8. המרה מזרם לאחוזים: % = (I − 4) / 16 × 100

מונחים

מונחבאנגליתהסבר קצר
מצמד אופטיOptocouplerרכיב שמבודד בין השטח לבין הבקר
משותףCOMהדק משותף לקבוצת מבואות או מוצאים
בטוח בכשלFail-safeתכנון שבו תקלה מובילה למצב בטוח
מוצא ממסרRelay outputמוצא שסוגר מגע מכני
מוצא טרנזיסטורTransistor outputמוצא אלקטרוני מהיר למתח ישר
מבוא אנלוגיAnalog inputמבוא שממיר מתח או זרם למספר
חוג זרםCurrent loopחיבור בטור שבו אות המדידה הוא זרם

בדיקה עצמית

  1. במבוא שהמשותף שלו מחובר למינוס, איזה קוטב הלחצן מעביר למבוא?
  2. לחצן עצירה מחובר במגע סגור. איזה מגע נכתוב בסולם, ולמה?
  3. רוצים להפעיל סליל של מגען 230 וולט חילופין. איזה סוג מוצא מתאים?
  4. משדר מפלס מודד 16 מיליאמפר. כמה אחוזים זה?
  5. למה חוג זרם מתחיל ב-4 מיליאמפר ולא ב-0?

התשובות בסוף הפרק.

🖥️תרגול בסימולטור

דף המבוא לבקרים מתוכנתים באתר, עם הסברים והדגמות חיות של הנושאים בפרקים 1 עד 4:

fahed-lab.com/hashmal/plc_intro

פתרונות תרגילי הפרק

מגע בסולם לפי החיווט (3.2)

רכיב בשטחחיווטמגע בסולםלמה
לחצן הפעלהפתוחפתוחבלחיצה המבוא נדלק, והשורה צריכה להוליך
לחצן עצירהסגורפתוחכשלא לוחצים המבוא דולק, והשורה צריכה להוליך
ממסר תרמי 95-96סגורפתוחבלי עומס יתר המבוא דולק
מפסק גבולפתוחסגורלפני הגבול המבוא כבוי, והשורה צריכה להוליך

מדידה במעבדה (3.1)

לחצן פתוח: 0 וולט ונורית כבויה, ובלחיצה כ-24 וולט ונורית דולקת. לחצן סגור: הפוך. חיישן קרבה מסוג PNP: 0 וולט בלי חפץ, וכ-24 וולט כשיש חפץ מולו.

בחירת מוצא (3.3)

עומססוג מוצאנימוק
סליל מגען 230 וולט חילופיןממסרמתח חילופין
נורית סימון 24 וולט ישרשניהם מתאימיםמתח ישר וזרם קטן
פולסים למנוע צעדטרנזיסטורמהירות מיתוג גבוהה
שסתום 24 וולט ישר, פעם בדקהשניהם מתאימיםמיתוג איטי
תשובות לבדיקה העצמית
  1. פלוס. הזרם זורם מ-24+ דרך הלחצן אל המבוא, ומשם דרך המשותף אל המינוס.
  2. מגע פתוח. כל עוד לא לוחצים, המבוא דולק והשורה צריכה להוליך. בלחיצה המבוא כבה והשורה נקטעת. גם חוט קרוע יעצור.
  3. מוצא ממסר, כי מוצא טרנזיסטור מתאים רק למתח ישר.
  4. (16 − 4) / 16 × 100 = 75%.
  5. כדי להבחין בין ערך אפס אמיתי לבין נתק. זרם של 0 מיליאמפר אומר שהחוג קרוע או שהחיישן תקול.
בנוי על ידי פהד גאנם · fahed-lab.com