תהליך רציף: מילוי, ערבוב וחימום מכלים
🎯 מטרות למידה
בסוף הפרק תוכלו:
- לתכנן מילוי מכל עם שני מפסקי מפלס, כך שהמשאבה לא תדלק ותכבה כל רגע.
- לעבור מתיאור פעולה לטבלת אמת, למשוואה ולסולם.
- לזהות מצב חיישנים בלתי אפשרי ולהתריע עליו.
- לכתוב חיגורים בתהליך: מה מותר לפעול רק כשמשהו אחר מתקיים.
- לבנות תהליך אוטומטי בשלבים בעזרת ביטי שלב וקוצבי זמן.
❓ שאלת פתיחה
משאבה ממלאת מכל מים. אם היא נדלקת כשהמפלס יורד מתחת לסימן מסוים, ונכבית כשהוא עולה מעליו, היא תדלק ותכבה עשרות פעמים בדקה.
למה זה קורה? ואיך שני מפסקי מפלס פותרים את הבעיה?
ידע נדרש
- טבלאות אמת ומפות קרנו (כיתה י').
- פרק 5: החזקה עצמית.
- פרק 8: קוצבי זמן.
ציוד וזמן
| ציוד | כמות |
|---|---|
| בקר אומרון, ספק כוח 24 וולט וכבל תכנות | 1 |
| מכל מעבדה עם שני מפסקי מפלס (או שני מפסקים שמדמים אותם) | 1 |
| משאבה או נורית שמדמה אותה, ושסתום או נורית | 1 מכל סוג |
| מפסק בורר אוטומטי/ידני | 1 |
⏱️ זמן מומלץ: חמישה שיעורים.
- מים וחשמל: כל הלוח מעל קו המים, וכל החיווט ב-24 וולט.
- משאבה שעובדת "יבש" נשרפת. מפסק המפלס הנמוך בתעשייה מגן גם עליה.
12.1 מילוי מכל עם שני מפסקי מפלס
תיאור הפעולה: במצב אוטומטי, המשאבה מתחילה למלא כשהמפלס יורד מתחת ל-LSL, וממשיכה עד שהמים מגיעים ל-LSH. בין שני המפסקים היא זוכרת אם היא ממלאת או לא.
כל מפסק מפלס הוא מצוף: כשהמים מגיעים אליו, המגע נסגר והמבוא נדלק.
| LSL | LSH | משאבה עכשיו | משאבה הבאה | מה זה אומר |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 1 | מתחת לנמוך: מתחילים למלא |
| 0 | 0 | 1 | 1 | ממשיכים למלא |
| 1 | 0 | 0 | 0 | בין המפסקים, לא ממלאים: נשארים כבויים |
| 1 | 0 | 1 | 1 | בין המפסקים, ממלאים: ממשיכים |
| 1 | 1 | X | 0 | הגענו לגבוה: מפסיקים |
| 0 | 1 | X | 0 | בלתי אפשרי: מפסק תקול! מתריעים |
המשוואה היא בדיוק הפעל/הפסק מפרק 5: LSL הוא "לחצן ההפעלה", LSH הוא "לחצן העצירה", ו-P מחזיק את עצמו. ההפרש בין שני המפסקים נקרא שהיה (היסטרזיס), והוא מה שמונע מהמשאבה לדלוק ולכבות כל רגע.
12.2 הסולם של המילוי
| כתובת | תגית | תפקיד |
|---|---|---|
| 0.00 | Auto | בורר במצב אוטומטי |
| 0.01 | Stop | עצירה |
| 0.02 | LSL | מפסק מפלס נמוך |
| 0.03 | LSH | מפסק מפלס גבוה |
| 100.00 | Pump | משאבת מילוי |
| 100.02 | Sensor_Alarm | נורית תקלת חיישן |
שורה 1, תקלת חיישן. אם LSH דולק ו-LSL כבוי, אחד המפסקים תקול: מים לא יכולים להיות למעלה בלי להיות למטה. הנורית מהבהבת. זו דוגמה למה שטבלת אמת נותנת: היא מכריחה לחשוב גם על השורות "שלא קורות".
מלאו בעזרת מפת קרנו את הפונקציה של המשאבה, כשהמצב 010 ו-011 הם "לא משנה" (X). האם הצמצום נותן אותה משוואה? ולמה בכל זאת בחרנו לכבות את המשאבה במצב הזה?
12.3 מכל ערבוב: חיגורים בתהליך
בתהליך, החיגורים הם לא רק בין שני מגענים. הם חוקים של התהליך. למשל:
| רכיב | מותר לפעול רק כש... | למה |
|---|---|---|
| מערבל 100.02 | המכל לא ריק (LS 0.08 דולק) | מערבל שמסתובב באוויר מתבלה |
| גוף חימום 100.03 | המערבל עובד | בלי ערבוב החום מצטבר במקום אחד |
| שסתום ניקוז 100.05 | שני שסתומי המילוי סגורים | לא מנקזים ומכניסים באותו זמן |
| שסתומי מילוי | שסתום הניקוז סגור | אותה סיבה, מהצד השני |
כל שורה בטבלה הופכת למגע בסולם: מגע פתוח של התנאי בטור לשורה של הרכיב. כך הבקר שומר על חוקי התהליך גם כשהמפעיל לוחץ על הלחצן הלא נכון.
12.4 תהליך בשלבים
הרבה תהליכים בתעשייה הם רצף של שלבים: בכל רגע פעיל שלב אחד, ותנאי מעבר מעביר לשלב הבא. זה הרעיון של שפת תרשים השלבים (SFC) מפרק 4. בסולם מממשים אותו עם ביט שלב לכל שלב.
VA + VB · 8 שניות
מערבל · 6 שניות
חימום ומערבל · 6 שניות
VD · 4 שניות
בסוף הניקוז חוזרים לשלב 1, עד שלוחצים על עצירה.
- כל שלב הוא ביט עבודה עם החזקה עצמית: W0.00 מילוי, W0.01 ערבוב, W0.02 חימום, W0.03 ניקוז.
- כל שלב מפעיל קוצב זמן. דגל הסיום שלו הוא תנאי המעבר.
- השלב הבא נדלק מדגל הסיום של הקודם, ומכבה את הקודם בעזרת מגע סגור שלו בשורה של הקודם.
- המוצאים נכתבים בנפרד: כל מוצא מקבל את ביטי השלבים שבהם הוא צריך לפעול. כך כל מוצא כתוב פעם אחת.
12.5 תרגול
רמה 1 · בסיסי ריקון מכל. שסתום הריקון V1 (100.01) נפתח בלחיצה על 0.05, ונסגר מעצמו כשהמפלס יורד מתחת ל-LSL. אסור לפתוח אותו כשהמשאבה ממלאת. כתבו את השורה.
רמה 2 · בינוני מכל ערבוב ידני. לכל רכיב לחצן הפעלה ולחצן עצירה: VA (0.02, 0.03), VB (0.04, 0.05), מערבל (0.06, 0.07), חימום (0.09, 0.10), ניקוז (0.11, 0.12). מפסק המפלס LS הוא 0.08. כתבו סולם שמקיים את ארבעת החוקים שבטבלה של 12.3.
רמה 3 · מתקדם · מחזור אוטומטי כתבו את כל התהליך מ-12.4: מילוי 8 שניות, ערבוב 6 שניות, חימום עם ערבוב 6 שניות, וניקוז 4 שניות. בסוף הניקוז המחזור מתחיל שוב מעצמו. עצירה (0.01) מפסיקה את התהליך בכל שלב. הפעלה ב-0.04.
| מוצא | פועל בשלב |
|---|---|
| VA 100.00 · VB 100.01 | מילוי |
| מערבל 100.02 | ערבוב וחימום |
| חימום 100.03 | חימום |
| ניקוז VD 100.05 | ניקוז |
כדי שהמחזור יחזור על עצמו, הוסיפו את דגל הסיום של שלב הניקוז, T0004, במקביל ללחצן ההפעלה בשורת שלב המילוי.
תרגלו תהליכים במכלים בסימולטורים:
ידני עם התניות: fahed-lab.com/plc-omron/exp05_scada_v2
מחזור אוטומטי: fahed-lab.com/plc-omron/exp06_scada_auto
ערבוב וחימום: fahed-lab.com/plc-omron/mix_ctrl_scada
12.6 סיכום
- שני מפסקי מפלס עם זיכרון יוצרים שהיה, והמשאבה לא מדליקה ומכבה כל רגע.
- המשוואה של המילוי היא הפעל/הפסק: P = LSH·(LSL+P)
- טבלת אמת מכריחה לחשוב גם על מצבים בלתי אפשריים, ולהתריע עליהם.
- חיגור בתהליך הוא חוק: רכיב פועל רק כשתנאי של רכיב אחר מתקיים.
- תהליך בשלבים: ביט שלב לכל שלב, קוצב זמן או חיישן כתנאי מעבר.
- השלב הבא מכבה את הקודם בעזרת מגע סגור שלו.
- כל מוצא נכתב פעם אחת, עם כל ביטי השלבים שבהם הוא פועל במקביל.
מונחים
| מונח | באנגלית | הסבר קצר |
|---|---|---|
| מפסק מפלס | Level switch | מצוף שסוגר מגע בגובה קבוע |
| שהיה | Hysteresis | פער בין נקודת ההדלקה לנקודת הכיבוי |
| ביט שלב | Step bit | ביט עבודה שמסמן שלב פעיל בתהליך |
| תנאי מעבר | Transition | התנאי שמעביר משלב לשלב |
| תהליך רציף | Continuous process | תהליך שעובר שוב ושוב בין שלבים |
| מערבל | Mixer | מנוע עם להב שמערבב את החומר במכל |
בדיקה עצמית
- למה משאבה עם מפסק מפלס אחד מדליקה ומכבה כל רגע?
- מה המצב הבלתי אפשרי בטבלת האמת של המילוי, ומה עושים בו?
- מה מכבה את שלב הערבוב W0.01 בתהליך האוטומטי?
- למה כותבים את המוצאים בשורות נפרדות ולא בתוך שורות השלבים?
- ענו על שאלת הפתיחה של הפרק.
התשובות בסוף הפרק.
פתרונות תרגילי הפרק
משימת מפת קרנו (12.2)
עם "לא משנה" בשני המצבים שבהם LSH דולק ו-LSL כבוי, הצמצום נותן אותה משוואה: P = LSH · ( LSL + P ). בחרנו לכבות את המשאבה במצב הזה כי הוא מצב תקלה: עדיף לעצור ולהתריע מאשר להמשיך למלא כשלא יודעים מה המפלס.
רמה 1: ריקון מכל
המגע הפתוח LSL נמצא אחרי ענף ההחזקה: כשהמפלס יורד מתחת ל-LSL, השורה נקטעת והשסתום נסגר. המגע הסגור של המשאבה הוא החיגור.
רמה 2: מכל ערבוב ידני
רמה 3: מחזור אוטומטי
- כל שלב נדלק מדגל הסיום של השלב הקודם, מחזיק את עצמו, ונכבה כשהשלב הבא נדלק.
- T0004 במקביל ללחצן ההפעלה מתחיל מחזור חדש בסוף הניקוז. באותה סריקה הניקוז נכבה, וקוצב הזמן שלו מתאפס.
- עצירה נמצאת בכל שורות השלבים, ולכן היא מכבה את השלב הפעיל, וכל המוצאים נכבים.
- המערבל כתוב פעם אחת, עם שני ביטי השלבים במקביל: אין סליל כפול.
תשובות לבדיקה העצמית
- כל גל קטן במים מעביר את המפלס מעל ומתחת לסימן, והמשאבה מגיבה לכל אחד מהם.
- LSH דולק ו-LSL כבוי: מים למעלה בלי מים למטה. זה אומר שמפסק תקול. עוצרים את המשאבה ומתריעים.
- המגע הסגור של W0.02 בשורה שלו: כשמתחיל החימום, הערבוב נכבה. גם עצירה מכבה אותו.
- כדי שכל מוצא ייכתב פעם אחת. מוצא שפועל בכמה שלבים, כמו המערבל, מקבל את ביטי השלבים במקביל, ואין סליל כפול.
- עם מפסק אחד, כל תנודה קטנה במפלס מדליקה ומכבה את המשאבה. עם שני מפסקים, המשאבה נדלקת בנמוך ונכבית רק בגבוה, ובאמצע היא זוכרת את המצב שלה.