من لوحة الملامسات إلى المتحكّم المبرمج
🎯 أهداف التعلّم
في نهاية الفصل ستستطيعون:
- شرح ما هو المتحكّم المبرمج وما الذي يستبدله في لوحة التحكّم.
- المقارنة بين لوحة الملامسات والمتحكّم المبرمج في التعديل وتحديد الأعطال والتكلفة.
- التعرّف على الطبقات الثلاث لنظام التحكّم: الميدان والمتحكّم والمشغّل.
- شرح لماذا تعمل دائرة التحكّم والمتحكّم بجهد 24 فولت مستمرّ.
- تعليل لماذا يبقى إيقاف الطوارئ والحمايات في العتاد.
❓ سؤال افتتاحي
في مصنع للتغليف توجد لوحة تحكّم فيها عشرات الملامسات والمرحّلات المساعدة والمؤقّتات. يطلب مدير الإنتاج تغيير ترتيب تشغيل ناقلين.
كم من العمل يتطلّب ذلك في لوحة الملامسات، وكم في المتحكّم المبرمج؟
سنعود إلى هذا السؤال في نهاية الفصل.
معرفة سابقة
- الملامس، والتلامسات المساعدة، والمرحّل الحراري.
- دائرة تحكّم تشغيل/إيقاف بالملامسات.
⏱️ الوقت المقترح: حصّة واحدة. فصل نظري، بلا معدّات مختبر.
خطّ زمني قصير
| الفترة | ماذا حدث |
|---|---|
| نهاية الستّينيّات | المتحكّم المبرمج الأوّل يستبدل لوحات المرحّلات في صناعة السيّارات |
| الثمانينيّات | نبرمج المتحكّم من حاسوب شخصي، بدلًا من جهاز برمجة مخصّص |
| 1993 | المعيار الدولي IEC 61131-3 يحدّد خمس لغات برمجة موحّدة للمتحكّمات |
| اليوم | متحكّمات في شبكة، وشاشات مشغّل، وتحكّم عن بُعد، وتسجيل تاريخ العملية |
المتحكّم المبرمج (בקר מתוכנת) هو حاسوب صناعي متين. يقرأ المداخل من الميدان، وينفّذ برنامج تحكّم، ويشغّل المخارج. في الصناعة يسمّونه أيضًا PLC (Programmable Logic Controller).
1.1 ماذا يستبدل المتحكّم
في نهاية الستّينيّات طلبت صناعة السيّارات في الولايات المتّحدة طريقة أسرع لتغيير خطوط الإنتاج. كلّ تغيير في الطراز تطلّب إعادة توصيل لوحات تحكّم (לוחות פיקוד) ضخمة. كان الجواب هو المتحكّم المبرمج: نكتب المنطق في البرنامج، ونُبقي الأسلاك للمداخل والمخارج فقط.
الشكلان يقومان بالعمل نفسه تمامًا. في لوحة الملامسات، كلّ تغيير هو عمل بالمفكّ والأسلاك. في المتحكّم، كلّ تغيير هو تحرير سطر في الحاسوب وتحميل البرنامج من جديد.
| الموضوع | لوحة الملامسات | المتحكّم المبرمج |
|---|---|---|
| تغيير المنطق | إعادة توصيل اللوحة | تحرير البرنامج وتحميله |
| المؤقّتات والعدّادات | مكوّن مادّي لكلّ واحد | المئات في الذاكرة، بلا تكلفة إضافية |
| تحديد الأعطال | قياس تلامسًا بعد تلامس | مصابيح المداخل وعرض حيّ للسلّم |
| الاهتراء | التلامسات المساعدة تهترئ | المنطق لا يهترئ، فقط مرحّلات المخارج |
| آلة صغيرة جدًّا | رخيصة وبسيطة | أغلى |
| منظومة كبيرة | لوحة ضخمة وغالية | متحكّم واحد، أرخص وأكثر موثوقية |
1.2 ماذا لا يستبدل المتحكّم
يستبدل المتحكّم منطق التحكّم: المرحّلات المساعدة والمؤقّتات والعدّادات. لا يستبدل المكوّنات التي تمرّر تيارًا عاليًا أو تحمي الناس والمحرّكات.
⚡ ملامسات القدرة
ملامسات القدرة (מגעני כוח): مخرج المتحكّم يتحمّل تيارًا صغيرًا. الملامس هو الذي يشغّل المحرّك، والمتحكّم يشغّل ملفّه فقط.
🛡️ الحمايات
قاطع التيار والمرحّل الحراري يحميان المحرّك والكوابل حتّى عندما يكون البرنامج خاطئًا.
🛑 إيقاف الطوارئ
زرّ إيقاف الطوارئ (עצירת חירום) يفصل دائرة القدرة في العتاد، ولا يكتفي بإرسال طلب إلى البرنامج.
قد يتعطّل البرنامج، وقد يلتحم تلامس المخرج. لذلك كلّ ما يحمي الإنسان أو المعدّات يبقى موصولًا في العتاد أيضًا. في هذه الكرّاسة، مثلًا، التلامس 95-96 للمرحّل الحراري موصول دائمًا على التوالي مع ملفّ الملامس، حتّى عندما يقرأ المتحكّم الحماية أيضًا.
1.3 الطبقات الثلاث لنظام التحكّم
1. الميدان
الميدان (שטח): الأزرار، ومفاتيح النهاية، والحسّاسات، والملامسات، والصمّامات، ومصابيح البيان. هنا يحدث العالم المادّي.
2. المتحكّم
يقرأ الميدان، ويقرّر حسب البرنامج، ويشغّل الميدان. هذا هو «دماغ» الآلة.
3. المشغّل
شاشة المشغّل أو حاسوب التحكّم. هنا نرى العملية، ونستقبل الإنذارات، ونعطي الأوامر.
كلّ فصول التجارب في الكرّاسة تمرّ بالطبقات الثلاث: نوصّل الميدان، ونكتب السلّم، وفي الفصل 13 نبني أيضًا شاشة مشغّل.
صنّفوا كلّ مكوّن في طبقته: الميدان أو المتحكّم أو المشغّل.
| المكوّن | الطبقة |
|---|---|
| زرّ إيقاف الطوارئ | |
| حسّاس المنسوب في الخزّان | |
| شاشة لمس في غرفة التحكّم | |
| ملفّ الملامس | |
| برنامج السلّم | |
| مصباح بيان العطل على باب اللوحة |
لماذا 24 فولت مستمرّ؟ المتحكّم والأزرار والحسّاسات وملفّات الملامسات في اللوحة تعمل بجهد 24 فولت مستمرّ. هذا الجهد أكثر أمانًا لعمل الفنّي والطالب. وهو معيار للحسّاسات الصناعية. ويمكن دعمه بسهولة بالمراكم.
1.4 أين نلتقي بالمتحكّمات
| المجال | مثال على ما يقوم به المتحكّم |
|---|---|
| المياه والصرف الصحّي | يشغّل المضخّات حسب المنسوب في الخزّان، وينذر عند العطل |
| الزراعة والدفيئات | يفتح النوافذ، ويشغّل المراوح والريّ حسب درجة الحرارة والرطوبة |
| الغذاء والتغليف | يشغّل الناقلات، ويعدّ المنتجات، ويتوقّف عندما يمتلئ الصندوق |
| المباني | يشغّل أنظمة التكييف والإنارة والمضخّات في المبنى |
| الصناعة الثقيلة | يبدأ تشغيل محرّكات كبيرة بربط نجمة-مثلث، وينسّق بين الآلات |
شركات منتشرة في البلاد
| الشركة | البلد | سلسلة منتشرة في المدارس والمصانع |
|---|---|---|
| أومرون | اليابان | CP1E, CP1L, CJ2M |
| سيمنس | ألمانيا | S7-1200, S7-1500 |
| يونيترونكس | إسرائيل | متحكّمات مع شاشة مدمجة |
| أيدك | اليابان | FC6A |
| شنايدر | فرنسا | M221, M241 |
| ألن-برادلي | الولايات المتّحدة | Micro800, CompactLogix |
يعمل الكرّاسة مع أومرون، لكنّ المنطق متطابق عند كلّ الشركات. في الملحق ب يوجد جدول يحوّل العناوين بين أومرون وسيمنس وأيدك.
اكتبوا ثلاث منظومات في المدرسة أو في البيت أو في المدينة تعتقدون أنّها تعمل بمتحكّم. لكلّ منظومة اكتبوا مدخلًا واحدًا ومخرجًا واحدًا.
مبرمج المتحكّمات الجيّد يجب أن يعرف الكهرباء أيضًا. لفحص محرّك لا يدور في لوحة تحت الجهد، تلزم رخصة كهربائي. البرنامج هو نصف المهنة فقط.
1.5 تلخيص
- المتحكّم المبرمج يقرأ المداخل، وينفّذ برنامج تحكّم، ويشغّل المخارج.
- يستبدل المتحكّم منطق التحكّم: المرحّلات المساعدة والمؤقّتات والعدّادات.
- التغيير في المتحكّم هو تحرير البرنامج، وليس إعادة التوصيل.
- ملامسات القدرة والحمايات وإيقاف الطوارئ تبقى في العتاد.
- نظام التحكّم مبنيّ من ثلاث طبقات: الميدان والمتحكّم والمشغّل.
- دائرة التحكّم والمتحكّم تعمل بجهد 24 فولت مستمرّ، لأسباب السلامة والمعايير.
- المنطق متطابق عند كلّ الشركات، فقط شكل العناوين يتغيّر.
المصطلحات
| المصطلح | بالعبرية | بالإنجليزية | شرح مختصر |
|---|---|---|---|
| المتحكّم المبرمج | בקר מתוכנת | PLC | حاسوب صناعي ينفّذ منطق التحكّم |
| لوحة التحكّم | לוח פיקוד | Control panel | اللوحة التي فيها المتحكّم والملامسات والحمايات |
| الملامس | מגען | Contactor | مفتاح يتحكّم به ملفّ ويشغّل تيارًا عاليًا |
| واجهة الإنسان والآلة | ממשק אדם-מכונה | HMI | شاشة يرى فيها المشغّل العملية ويتحكّم بها |
| إيقاف الطوارئ | עצירת חירום | Emergency stop | زرّ يفصل الآلة في العتاد |
فحص ذاتي
- ما الفرق الرئيسي بين لوحة الملامسات والمتحكّم المبرمج عندما يجب تغيير ترتيب العمل؟
- أعطوا مثالين لمكوّنات لا يستبدلها المتحكّم، واشرحوا لماذا.
- ما دور كلّ طبقة من الطبقات الثلاث في نظام التحكّم؟
- لماذا يبقى التلامس 95-96 للمرحّل الحراري على التوالي مع ملفّ الملامس حتّى عندما يوجد متحكّم؟
- أجيبوا الآن عن السؤال الافتتاحي للفصل.
الأجوبة في نهاية الفصل.
صفحة المدخل إلى المتحكّمات المبرمجة في الموقع، مع شروحات وعروض حيّة لمواضيع الفصول 1 إلى 4:
أجوبة الفحص الذاتي
- في لوحة الملامسات يجب إعادة التوصيل. في المتحكّم نحرّر البرنامج ونحمّله، ويبقى توصيل المداخل والمخارج كما هو.
- ملامسات القدرة، لأنّ مخرج المتحكّم يتحمّل تيارًا صغيرًا فقط. الحمايات وإيقاف الطوارئ، لأنّها يجب أن تعمل حتّى عندما يتعطّل البرنامج أو يلتحم تلامس المخرج.
- الميدان يقيس وينفّذ في العالم المادّي. المتحكّم يقرّر حسب البرنامج. طبقة المشغّل تعرض حالة العملية وتستقبل الأوامر.
- كي تعمل الحماية حتّى لو كان في البرنامج خطأ أو علق تلامس مخرج المتحكّم في حالة مغلقة.
- في لوحة الملامسات: نعيد التخطيط، ونفصل الأسلاك ونوصّلها، ونفحص كلّ شيء من جديد، وأحيانًا يستغرق ذلك أيّامًا من العمل. في المتحكّم: نغيّر بضعة أسطر في السلّم، ونفحص في المحاكاة، ونحمّل البرنامج، وعادةً خلال ساعة.