الفصل 2 · مبنى المتحكّم ودورة المسحالمتحكّمات المبرمجة · أومرون⌂📚🏠
الفصل 2 · أساسيات

مبنى المتحكّم ودورة المسح

ماذا يوجد داخل العلبة، وكيف «ترى» العالم

🎯 أهداف التعلّم

في نهاية الفصل ستستطيعون:

  1. وصف أجزاء المتحكّم ودور كلّ جزء.
  2. التمييز بين المتحكّم المدمج والمتحكّم الوحدوي.
  3. شرح مراحل المسح الثلاث ومعنى زمن المسح.
  4. التعرّف على مناطق الذاكرة في أومرون: المداخل، والمخارج، وبِتات العمل، والمؤقّتات، والعدّادات.
  5. التمييز بين قنوات الاتصال في المتحكّم.

❓ سؤال افتتاحي

يضغط المشغّل على زرّ ويتركه بعد 20 جزءًا من الألف من الثانية فقط. يمسح المتحكّم برنامجه كلّ 15 جزءًا من الألف من الثانية.

هل سيشعر المتحكّم بالضغطة؟ وماذا كان سيحدث لو كانت الضغطة أقصر من ذلك؟

معرفة سابقة

⏱️ الوقت المقترح: حصّة ونصف.

المتحكّم في الصفّ: أوضاع العمل والمصابيح

وضع العملماذا يحدث
PROGRAMالبرنامج لا يعمل، والمخارج مطفأة. في هذا الوضع نحمّل البرنامج.
MONITORالبرنامج يعمل، ويمكن رؤيته حيًّا وتغيير القيم من الحاسوب.
RUNالبرنامج يعمل كالمعتاد، بلا تغييرات من الحاسوب.
المصباحالمعنى
POWERيوجد جهد في المتحكّم
RUNالبرنامج يعمل
ERR/ALMعطل أو تحذير: يومض عند التحذير، ويضيء باستمرار عند عطل يوقف المتحكّم
مصابيح المداخل والمخارجمصباح لكلّ مربط: الطريقة الأولى لفحص هل استُقبل المدخل أو هل يعمل المخرج
💡تلميح

عندما لا يعمل شيء ما، نبدأ بالمصابيح: هل يضيء مصباح المدخل عند الضغط؟ هل يضيء مصباح المخرج؟ هكذا نعرف هل المشكلة في التوصيل أو في البرنامج أو في المكوّن في الميدان.

2.1 أجزاء المتحكّم

في الميدان: مداخلأزرارمفاتيح النهايةحسّاساتتلامسات الحمايةفي الميدان: مخارجملامساتمصابيح بيانصمّاماتأبواقالمتحكّم المبرمجوحدةالمداخلوحدةالمخارجالمعالج(CPU)الذاكرةالبرنامجوالبياناتمزوّد القدرة24VDCالاتصالحاسوب، شاشة المشغّل
شكل 2.1: مبنى المتحكّم: مداخل، ووحدة معالجة، ومخارج
الجزءماذا يفعل
مزوّد القدرةيغذّي المتحكّم بجهد 24 فولت مستمرّ ثابت. بدونه لا يعمل شيء.
وحدة المداخلتستقبل الجهد من الأزرار والحسّاسات وتترجمه إلى 0 أو 1. لكلّ مدخل مصباح صغير.
وحدة المعالجة المركزية (מעבד)تنفّذ البرنامج، سطرًا بعد سطر، مرّة بعد مرّة.
ذاكرة البرنامجتحفظ السلّم الذي كتبناه. لا تُمحى عندما نطفئ المتحكّم.
ذاكرة البياناتتحفظ حالة البِتات، وقيم المؤقّتات والعدّادات، وأعدادًا.
وحدة المخارجتغلق تلامس مرحّل أو ترانزستور حسب البرنامج، وتشغّل المكوّن في الميدان.
الاتصاليربط المتحكّم بحاسوب البرمجة، وبشاشة المشغّل، وبمتحكّمات أخرى.
📘مدمج

متحكّم مدمج (בקר קומפקטי): المزوّد والمعالج والمداخل والمخارج في جسم واحد. مناسب لآلة صغيرة. مثلًا سلسلة CP من أومرون.

📘وحدوي

متحكّم وحدوي (בקר מודולרי): بطاقات منفصلة على سكّة، ونضيف بطاقة عندما نحتاج إلى مداخل أكثر. مثلًا سلسلة CJ من أومرون، التي بُنيت عليها المحاكيات في الموقع.

2.2 دورة المسح

المتحكّم لا «ينظر» إلى المداخل طوال الوقت. هو يعمل في دورة ثابتة تتكرّر:

  1. قراءة المداخل. يصوّر المتحكّم حالة كلّ المداخل ويحفظها في الذاكرة.
  2. تنفيذ البرنامج. يمرّ المعالج على السلّم من اليسار إلى اليمين ومن الأعلى إلى الأسفل، ويستعمل الصورة فقط.
  3. كتابة المخارج. في النهاية فقط، تتحدّث كلّ المخارج معًا.

بين عمليّات المسح يفحص المتحكّم نفسه أيضًا ويعالج الاتصال. زمن الدورة الكاملة يسمّى زمن المسح (זמן סריקה)، وعادةً يتراوح بين جزء من الألف من الثانية وعشرات الأجزاء من الألف من الثانية.

1. قراءة المداخلصورة لحالة الأزرار2. تنفيذ السلّممن اليسار لليمين، ومن أعلى لأسفل3. كتابة المخارجتحديث المرحّلاتمسح واحدأجزاء من الألف من الثانية
شكل 2.2: مراحل المسح الثلاث
⚠️انتبهوا

الضغطة الأقصر من زمن المسح قد تختفي. إذا ضُغط الزرّ وتُرك بين صورتين للمداخل، فلن يعرف المتحكّم أنّه ضُغط. الضغطة البشرية أطول بكثير من زمن المسح، لكنّ حسّاسًا سريعًا على ناقل قد يفوّت قطعًا.

✅مثال

ترتيب الأسطر مهمّ. في السلّمين المنطق نفسه. في السلّم أ يضيء المصباح في المسح نفسه الذي ضُغط فيه الزرّ. في السلّم ب يضيء بعد مسح واحد، لأنّ السطر 0 يقرأ W0.00 قبل أن يحدّثه السطر 1.

00.00BtnW0.00Mem1W0.00Mem100.00Lamp
شكل 2.3: السلّم أ
0W0.00Mem100.00Lamp10.00BtnW0.00Mem
شكل 2.4: السلّم ب: المنطق نفسه بترتيب معكوس

2.3 مناطق الذاكرة في أومرون

كلّ شيء في المتحكّم هو عنوان في الذاكرة. من المفيد معرفة المناطق الرئيسية، لأنّها تظهر في كلّ فصول التجارب.

المنطقةمثالماذا نحفظ فيها
المداخل0.00 إلى 0.11حالة الأزرار والحسّاسات، كما صُوّرت في بداية المسح
المخارج100.00 إلى 100.07ما يريد البرنامج تشغيله في الميدان
بِتات العمل (ביטי עבודה)W0.00مرحّلات مساعدة داخلية، بلا مربط
البِتات المحفوظة (ביטים שנשמרים)H0.00مثل بِت العمل، لكنّه يُحفظ أيضًا عند انقطاع الكهرباء
المؤقّتاتTIM 0000القيمة الحالية وعلم الانتهاء لكلّ مؤقّت
العدّاداتCNT 0000القيمة الحالية وعلم الانتهاء لكلّ عدّاد
ذاكرة البياناتD0أعداد: قيم تماثلية، ونقاط ضبط، ونتائج حساب

بِتات خاصّة من المفيد معرفتها

الرمزماذا يفعلاستعمال شائع
P_Onفعّال دائمًاشرط يتحقّق دائمًا
P_First_Cycleفعّال فقط في المسح الأوّل بعد التشغيلتصفير القيم في البداية
P_1sيومض: نصف ثانية فعّال، ونصف ثانية غير فعّالمصباح عطل يومض

قنوات الاتصال

القناةلماذا نستعملها
توصيل USBالبرمجة من الحاسوب بجانب المتحكّم. بسيط، لكنّه غير مناسب للشبكة.
شبكة إيثرنتشاشات المشغّل، وحواسيب التحكّم، ومتحكّمات أخرى. سريعة، وكلّ متحكّم يحصل على عنوان IP.
الاتصال التسلسليمعدّات قديمة، ومغيّرات التردّد، ومقاييس التدفّق. بطيء، لكنّه ما زال منتشرًا.
⚠️انتبهوا

منفذ البرمجة المفتوح هو أيضًا باب للاختراق. في منشأة حسّاسة، مثل منشأة مياه، نغلق القنوات التي لا نستعملها ونحمي الشبكة.

2.4 تلخيص

  1. يتكوّن المتحكّم من مزوّد القدرة، ووحدة المعالجة المركزية، والذاكرة، ووحدات المداخل والمخارج، والاتصال.
  2. المتحكّم المدمج جسم واحد. المتحكّم الوحدوي مبنيّ من بطاقات.
  3. في كلّ مسح يقرأ المتحكّم المداخل، وينفّذ السلّم، وبعدها فقط يكتب المخارج.
  4. الضغطة الأقصر من زمن المسح قد لا تُستقبل.
  5. ترتيب الأسطر في السلّم قد يضيف تأخيرًا بمقدار مسح واحد.
  6. لكلّ شيء في المتحكّم عنوان: 0.00، 100.00، W0.00، H0.00، TIM، CNT، D.
  7. بِتات H تُحفظ عند انقطاع الكهرباء. بِتات W تُصفَّر.

المصطلحات

المصطلحبالعبريةبالإنجليزيةشرح مختصر
وحدة المعالجة المركزيةמעבדCPUالجزء الذي ينفّذ البرنامج
زمن المسحזמן סריקהScan timeمدّة دورة كاملة من القراءة والتنفيذ والكتابة
متحكّم مدمجבקר קומפקטיCompact PLCمتحكّم كلّ أجزائه في جسم واحد
متحكّم وحدويבקר מודולריModular PLCمتحكّم مبنيّ من بطاقات على سكّة
البِت المحفوظביט שנשמרHolding bitبِت لا يُصفَّر عند انقطاع الكهرباء
ذاكرة البياناتזיכרון נתוניםData memoryمنطقة لحفظ الأعداد

فحص ذاتي

  1. ما دور وحدة المداخل، وما دور وحدة المخارج؟
  2. صفوا مراحل المسح الثلاث بالترتيب.
  3. لماذا قد لا تُستقبل ضغطة قصيرة جدًّا؟
  4. ما الفرق بين البِت W0.00 والبِت H0.00؟
  5. أجيبوا عن السؤال الافتتاحي للفصل.

الأجوبة في نهاية الفصل.

🖥️تدرّبوا في المحاكي

صفحة المدخل إلى المتحكّمات المبرمجة في الموقع، مع شروحات وعروض حيّة لمواضيع الفصول 1 إلى 4:

fahed-lab.com/hashmal/plc_intro

أجوبة الفحص الذاتي
  1. وحدة المداخل تترجم الجهد القادم من الميدان إلى 0 أو 1. وحدة المخارج تغلق تلامسًا أو ترانزستورًا حسب البرنامج وتشغّل مكوّنًا في الميدان.
  2. قراءة كلّ المداخل إلى الذاكرة، وتنفيذ السلّم من اليسار إلى اليمين ومن الأعلى إلى الأسفل، وتحديث كلّ المخارج معًا.
  3. يقرأ المتحكّم المداخل مرّة واحدة فقط في كلّ مسح. إذا ضُغط الزرّ وتُرك بين قراءتين، فلن تُرى الضغطة.
  4. كلاهما بِتان داخليّان بلا مربط. W0.00 يُصفَّر عندما ينطفئ المتحكّم، وH0.00 يحفظ قيمته حتّى بعد انقطاع الكهرباء.
  5. نعم. الضغطة أطول من زمن المسح، لذلك ستلتقطها قراءة واحدة على الأقلّ. لو كانت الضغطة أقصر من زمن المسح، فقد تقع بين قراءتين ولا تُستقبل.
إعداد: أ. فهد غانم · fahed-lab.com