الفصل 3 · أساسيات

المداخل والمخارج

توصيل 24 فولت، التلامس في الميدان مقابل التلامس في السلّم، مخارج المرحّل، والمدخل التماثلي

🎯 أهداف التعلّم

في نهاية الفصل ستستطيعون:

توصيل مدخل رقمي بالطريقتين: المشترك إلى السالب والمشترك إلى الموجب.
اختيار تلامس مفتوح أو مغلق في السلّم حسب طريقة التوصيل في الميدان.
التمييز بين مخرج المرحّل ومخرج الترانزستور والاختيار بينهما.
حماية المخارج والملفّات.
شرح لماذا نقيس بـ 4 إلى 20 ملّي أمبير وتحويل التيار إلى نسبة مئوية.

❓ سؤال افتتاحي

حسّاس منسوب على بعد 200 متر من المتحكّم يرسل جهدًا من 0 إلى 10 فولت. عندما يمتلئ الخزّان تمامًا، يعرض المتحكّم 92% فقط.

إلى أين «اختفت» الـ 8%؟ وكيف تحلّ الصناعة هذه المشكلة؟

معرفة سابقة

قانون أوم وهبوط الجهد على الموصل.
الفصل 2: وحدة المداخل ووحدة المخارج.

المعدّات والوقت

المعدّات	الكمية
متحكّم أومرون ومزوّد قدرة 24 فولت	1
زرّ مفتوح، وزرّ مغلق، ومفتاح نهاية	1 من كلّ نوع
حسّاس تقارب ثلاثي الأسلاك	1
مصباح 24 فولت ومرحّل مساعد 24 فولت	1 من كلّ نوع
مقياس متعدّد	1

⏱️ الوقت المقترح: حصّتان. حصّة نظرية وحصّة قياسات.

⛑️السلامة

كلّ التوصيل في هذا الفصل بجهد 24 فولت مستمرّ فقط.
نقيس الجهد بالمقياس المتعدّد في وضع الجهد المستمرّ، وليس في وضع التيار.

3.1 المدخل الرقمي: كيف «يشعر» المتحكّم بالزرّ

داخل كلّ مدخل يوجد ثنائي ضوئي صغير، وهو جزء من المقرن الضوئي (מצמד אופטי). عندما يمرّ فيه تيار، يرى المتحكّم 1. كي يمرّ التيار يلزم دائرة مغلقة: من المزوّد، عبر الزرّ، عبر المدخل، إلى المشترك (COM)، والعودة إلى المزوّد.

شكل 3.1: المشترك إلى السالب: الزرّ يمرّر الموجب إلى المدخل

شكل 3.2: المشترك إلى الموجب: الزرّ يمرّر السالب إلى المدخل

في هذه الكرّاسة نعمل بالطريقة الأولى: المشترك موصول بالسالب، والأزرار موصولة بين 24+ والمداخل. في كثير من متحكّمات أومرون يمكن وصل المشترك بأيّ قطب من القطبين. نفحص ذلك في ورقة بيانات الطراز.

📘تعريف

الحسّاسات ثلاثية الأسلاك. لحسّاس التقارب ثلاثة أسلاك: موجب، وسالب، ومخرج. الحسّاس PNP يُخرج الموجب عندما يكشف، لذلك يناسب طريقة المشترك إلى السالب. الحسّاس NPN يُخرج السالب، ويناسب المشترك إلى الموجب.

✏️تمرين

قياس في المختبر. صلوا المكوّنات الثلاثة بالمداخل 0.00 إلى 0.02، واملؤوا الجدول.

المكوّن	الحالة	الجهد في مربط المدخل	مصباح المدخل
زرّ مفتوح	غير مضغوط
زرّ مفتوح	مضغوط
زرّ مغلق	غير مضغوط
زرّ مغلق	مضغوط
حسّاس تقارب	لا يوجد جسم
حسّاس تقارب	يوجد جسم

💡تلميح

الفحص بالمقياس المتعدّد: السلك الأسود إلى 0 فولت، والسلك الأحمر إلى مربط المدخل. زرّ غير مضغوط: 0 فولت. زرّ مضغوط: نحو 24 فولت، ومصباح المدخل في المتحكّم يضيء. إذا وُجد جهد ولم يضئ المصباح، فالمشكلة في المشترك.

3.2 التلامس في الميدان مقابل التلامس في السلّم

هذا هو الموضوع الأكثر إرباكًا في البداية، لذلك من المفيد فهمه مرّة واحدة حتّى النهاية. هناك سؤالان منفصلان:

في الميدان: هل الزرّ موصول عبر تلامس مفتوح أو مغلق؟ هذا يحدّد متى يكون المدخل فعّالًا.
في السلّم: هل نكتب تلامسًا مفتوحًا أو مغلقًا؟ هذا يحدّد متى يوصل السطر، حسب حالة المدخل.

التوصيل في الميدان	لا نضغط	نضغط	التلامس المفتوح في السلّم يوصل...	التلامس المغلق في السلّم يوصل...
تلامس مفتوح	المدخل 0	المدخل 1	عندما نضغط	عندما لا نضغط
تلامس مغلق	المدخل 1	المدخل 0	عندما لا نضغط	عندما نضغط

📘القاعدة

القاعدة: التلامس المفتوح (מגע פתוח) في السلّم يوصل عندما يكون المدخل فعّالًا. التلامس المغلق (מגע סגור) في السلّم يوصل عندما يكون المدخل غير فعّال. كي نختار، نسأل: «ما حالة المدخل في اللحظة التي يجب أن يوصل فيها السطر؟»

طريقتان لتوصيل زرّ الإيقاف

	طريقة الكرّاسة	طريقة الصناعة
في الميدان	زرّ إيقاف مفتوح	زرّ إيقاف مغلق
المدخل عندما يكون كلّ شيء سليمًا	0	1
في السلّم	تلامس مغلق	تلامس مفتوح
إذا انقطع السلك	لا يمكن الإيقاف	الآلة تتوقّف

الطريقة الصناعية تسمّى «آمن عند العطل» (בטוח בכשל): كلّ عطل في السلك يؤدّي إلى حالة آمنة. في تمارين الكرّاسة نبقى مع الأزرار المفتوحة، كما في التمارين 6001 إلى 6012. لكن في مشروع حقيقي نوصّل الإيقاف والطوارئ ومفاتيح النهاية بتلامس مغلق.

✏️تمرين

أكملوا الجدول. لكلّ مكوّن اكتبوا أيّ تلامس ستكتبون في السلّم كي يوصل السطر في الحالة المطلوبة.

المكوّن في الميدان	التوصيل	يجب أن يوصل السطر عندما...
زرّ التشغيل	مفتوح	نضغط
زرّ الإيقاف	مغلق	لا نضغط
المرحّل الحراري 95-96	مغلق	لا يوجد حمل زائد
مفتاح النهاية	مفتوح	البوّابة لم تصل إلى النهاية

3.3 المخارج

شكل 3.3: نوعا المخارج: مرحّل وترانزستور

	مخرج المرحّل	مخرج الترانزستور
جهد العمل	مستمرّ أو متناوب، حتّى 230 فولت	جهد مستمرّ فقط، عادةً 24 فولت
سرعة التبديل	بطيء، عشرات عمليّات التبديل في الدقيقة	سريع جدًّا، آلاف النبضات في الثانية
العمر	تلامس ميكانيكي يهترئ	بلا اهتراء ميكانيكي
استعمال نموذجي	ملفّات الملامسات، ومصابيح البيان، والصمّامات	نبضات لمحرّك خطوي، ووميض سريع

المشترك في مجموعات

المخارج مقسّمة إلى مجموعات، ولكلّ مجموعة مربط مشترك واحد. كلّ المخارج في المجموعة نفسها تعمل بالجهد نفسه. إذا احتجنا إلى 24 فولت مستمرّ وإلى 230 فولت متناوب معًا، نوصلهما بمجموعات مختلفة.

✏️تمرين

اختاروا مخرج مرحّل أو مخرج ترانزستور لكلّ حمل، وعلّلوا بكلمة أو كلمتين.

الحمل	نوع المخرج	التعليل
ملفّ ملامس 230 فولت متناوب
مصباح بيان 24 فولت مستمرّ
نبضات لمحرّك خطوي، 5,000 في الثانية
صمّام كهرومغناطيسي 24 فولت مستمرّ، مرّة في الدقيقة

⚠️انتبهوا

التيار الأقصى: تلامس المرحّل في المتحكّم يتحمّل عادةً نحو 2 أمبير. المحرّك يُشغَّل دائمًا عبر ملامس.
المصهر: نضع مصهرًا على المشترك لكلّ مجموعة مخارج.
إخماد الشرر: على ملفّ ملامس يعمل بالتيار المستمرّ نوصل ثنائيًّا معكوسًا، وعلى ملفّ يعمل بالتيار المتناوب نوصل مرشّحًا أو فاريستور. هكذا تدوم تلامسات المتحكّم وقتًا أطول بكثير.

3.4 المداخل والمخارج التماثلية

المدخل الرقمي يعرف فقط «يوجد» أو «لا يوجد». عندما نحتاج إلى معرفة كم، مثل المنسوب أو درجة الحرارة أو الضغط، نستعمل المدخل التماثلي (מבוא אנלוגי). يترجم المدخل الجهد أو التيار إلى عدد صحيح، مثلًا في المجال 0 إلى 4000، حسب نوع البطاقة.

شكل 3.4: حلقة التيار: المُرسِل والمزوّد والمدخل التماثلي على التوالي

لماذا التيار وليس الجهد؟ عند قياس الجهد، يُنقص هبوط الجهد على كابل طويل القراءة. في حلقة التيار (חוג זרם) يمرّ التيار نفسه في كلّ الحلقة، لذلك لا يغيّر الكابل القياس. هذا هو الجواب عن السؤال الافتتاحي.

لماذا نبدأ من 4 وليس من 0؟ هكذا يعني 0 ملّي أمبير «انقطاعًا»، وليس «خزّانًا فارغًا». يستطيع المتحكّم التمييز بين حسّاس معطوب وقيمة حقيقية.

% = (I − 4) / 16 × 100

شكل 3.5: التحويل من التيار إلى النسبة المئوية

✅مثال

يقيس المُرسِل 12 ملّي أمبير. النسبة: (12 − 4) / 16 × 100 = 50%. إذا قاس 2 ملّي أمبير، فهذا أقلّ من 4: يجب أن يعرض المتحكّم «عطل في الحسّاس».

📘المخرج التماثلي

المخرج التماثلي يعمل في الاتّجاه المعاكس: يُخرج المتحكّم 0 إلى 10 فولت أو 4 إلى 20 ملّي أمبير. هكذا نحدّد السرعة لمغيّر تردّد المحرّك، أو نسبة الفتح لصمّام متدرّج.

3.5 تلخيص

يصبح المدخل الرقمي فعّالًا عندما يمرّ تيار عبر المقرن الضوئي الذي في داخله.
مشترك المداخل موصول بالسالب أو بالموجب، والتلامس يمرّر القطب الآخر.
التلامس المفتوح في السلّم يوصل عندما يكون المدخل فعّالًا. التلامس المغلق يوصل عندما يكون المدخل غير فعّال.
في الصناعة نوصّل الإيقاف ومفاتيح النهاية بتلامس مغلق، كي يوقف السلك المقطوع الآلة.
مخرج المرحّل يناسب كلّ جهد لكنّه بطيء. مخرج الترانزستور سريع لكنّه للجهد المستمرّ فقط.
في مجموعة المخارج نفسها نعمل بجهد واحد، ونضع مصهرًا على المشترك.
حلقة 4 إلى 20 ملّي أمبير لا تتأثّر بطول الكابل وتكشف الانقطاع.
التحويل من التيار إلى النسبة المئوية: % = (I − 4) / 16 × 100

المصطلحات

المصطلح	بالعبرية	بالإنجليزية	شرح مختصر
المقرن الضوئي	מצמד אופטי	Optocoupler	مكوّن يعزل بين الميدان والمتحكّم
المشترك	משותף	COM	مربط مشترك لمجموعة مداخل أو مخارج
آمن عند العطل	בטוח בכשל	Fail-safe	تصميم يؤدّي فيه العطل إلى حالة آمنة
مخرج مرحّل	מוצא ממסר	Relay output	مخرج يغلق تلامسًا ميكانيكيًّا
مخرج ترانزستور	מוצא טרנזיסטור	Transistor output	مخرج إلكتروني سريع للجهد المستمرّ
مدخل تماثلي	מבוא אנלוגי	Analog input	مدخل يحوّل الجهد أو التيار إلى عدد
حلقة التيار	חוג זרם	Current loop	توصيل على التوالي تكون فيه إشارة القياس تيارًا

فحص ذاتي

في مدخل مشتركه موصول بالسالب، أيّ قطب يمرّره الزرّ إلى المدخل؟
زرّ الإيقاف موصول بتلامس مغلق. أيّ تلامس سنكتب في السلّم، ولماذا؟
نريد تشغيل ملفّ ملامس 230 فولت متناوب. أيّ نوع من المخارج يناسب؟
مُرسِل المنسوب يقيس 16 ملّي أمبير. كم نسبة مئوية يساوي ذلك؟
لماذا تبدأ حلقة التيار من 4 ملّي أمبير وليس من 0؟

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

حلول تمارين الفصل

التلامس في السلّم حسب التوصيل (3.2)

المكوّن في الميدان	التوصيل	التلامس في السلّم	لماذا
زرّ التشغيل	مفتوح	مفتوح	عند الضغط يصبح المدخل فعّالًا، ويجب أن يوصل السطر
زرّ الإيقاف	مغلق	مفتوح	عندما لا نضغط يكون المدخل فعّالًا، ويجب أن يوصل السطر
المرحّل الحراري 95-96	مغلق	مفتوح	بلا حمل زائد يكون المدخل فعّالًا
مفتاح النهاية	مفتوح	مغلق	قبل النهاية يكون المدخل غير فعّال، ويجب أن يوصل السطر

القياس في المختبر (3.1)

زرّ مفتوح: 0 فولت والمصباح مطفأ، وعند الضغط نحو 24 فولت والمصباح مضاء. زرّ مغلق: العكس. حسّاس تقارب من نوع PNP: 0 فولت بلا جسم، ونحو 24 فولت عندما يوجد جسم أمامه.

اختيار المخرج (3.3)

الحمل	نوع المخرج	التعليل
ملفّ ملامس 230 فولت متناوب	مرحّل	جهد متناوب
مصباح بيان 24 فولت مستمرّ	كلاهما مناسب	جهد مستمرّ وتيار صغير
نبضات لمحرّك خطوي	ترانزستور	سرعة تبديل عالية
صمّام 24 فولت مستمرّ، مرّة في الدقيقة	كلاهما مناسب	تبديل بطيء

أجوبة الفحص الذاتي

الموجب. يمرّ التيار من 24+ عبر الزرّ إلى المدخل، ومن هناك عبر المشترك إلى السالب.
تلامس مفتوح. ما دمنا لا نضغط، يكون المدخل فعّالًا ويجب أن يوصل السطر. عند الضغط يصبح المدخل غير فعّال وينقطع السطر. والسلك المقطوع أيضًا سيوقف الآلة.
مخرج مرحّل، لأنّ مخرج الترانزستور يناسب الجهد المستمرّ فقط.
(16 − 4) / 16 × 100 = 75%.
كي نميّز بين قيمة صفر حقيقية وبين انقطاع. تيار 0 ملّي أمبير يعني أنّ الحلقة مقطوعة أو أنّ الحسّاس معطوب.