الفصل 12 · عملية متواصلة في الخزّاناتالمتحكّمات المبرمجة · أومرون⌂📚🏠
الفصل 12

عملية متواصلة: تعبئة الخزّانات وخلطها وتسخينها

التجربتان 5 و6 في الموقع وخزّان الخلط: مفاتيح المنسوب، جدول الحقيقة، التعشيق في العملية، وعملية على مراحل

🎯 أهداف التعلّم

في نهاية الفصل ستستطيعون:

  1. تصميم تعبئة خزّان بمفتاحَي منسوب، بحيث لا تعمل المضخّة وتتوقّف كلّ لحظة.
  2. الانتقال من وصف العمل إلى جدول الحقيقة، ثمّ إلى المعادلة والسلّم.
  3. تحديد حالة حسّاسات مستحيلة والإنذار عنها.
  4. كتابة التعشيق في العملية: ما يُسمح له بالعمل فقط عندما يتحقّق شيء آخر.
  5. بناء عملية تلقائية على مراحل بمساعدة بِتات المراحل والمؤقّتات.

❓ سؤال افتتاحي

مضخّة تملأ خزّان ماء. إذا كانت تعمل عندما ينخفض المنسوب تحت علامة معيّنة، وتتوقّف عندما يرتفع فوقها، فإنّها ستعمل وتتوقّف عشرات المرّات في الدقيقة.

لماذا يحدث ذلك؟ وكيف يحلّ مفتاحا منسوب هذه المشكلة؟

معرفة سابقة

المعدّات والوقت

المعدّاتالكمية
متحكّم أومرون، مزوّد القدرة 24 فولت وكبل البرمجة1
خزّان مختبر مع مفتاحَي منسوب (أو مفتاحان يحاكيانهما)1
مضخّة أو مصباح بيان يحاكيها، وصمّام أو مصباح بيان1 من كلّ نوع
مفتاح اختيار تلقائي/يدوي1

⏱️ الوقت المقترح: خمس حصص.

⛑️السلامة
  • الماء والكهرباء: اللوحة كلّها فوق خطّ الماء، وكلّ التوصيلات على 24 فولت.
  • المضخّة التي تعمل «على الناشف» تحترق. مفتاح المنسوب المنخفض في الصناعة يحميها أيضًا.

12.1 تعبئة خزّان بمفتاحَي منسوب

LSH0.03منسوب عالٍLSL0.02منسوب منخفضP1مضخّة التعبئةV1صمّام التفريغ
شكل 12.1: خزّان مع مضخّة تعبئة، ومفتاحَي منسوب، وصمّام تفريغ

وصف العمل: في الوضع التلقائي، تبدأ المضخّة (משאבה) بالتعبئة عندما ينخفض المنسوب تحت LSL، وتستمرّ حتّى يصل الماء إلى LSH. بين المفتاحين تتذكّر هل هي تملأ أم لا.

كلّ مفتاح منسوب (מפסק מפלס) هو عوّامة: عندما يصل الماء إليه، يُغلق التلامس ويعمل المدخل.

LSLLSHالمضخّة الآنالمضخّة التاليةماذا يعني
0001تحت المنخفض: نبدأ التعبئة
0011نستمرّ في التعبئة
1000بين المفتاحين، لا نملأ: نبقى مطفأين
1011بين المفتاحين، نملأ: نستمرّ
11X0وصلنا إلى العالي: نتوقّف
01X0مستحيل: مفتاح معطّل! نُطلق إنذارًا
P = LSH · ( LSL + P )

المعادلة هي بالضبط تشغيل/إيقاف من الفصل 5: LSL هو «زرّ التشغيل»، وLSH هو «زرّ الإيقاف»، وP يثبّت نفسه. الفرق بين المفتاحين يُسمّى التخلّف (الهستيريزيس) (שהיה)، وهو ما يمنع المضخّة من العمل والتوقّف كلّ لحظة.

12.2 سلّم التعبئة

00.00Auto0.02LSL100.00Pump0.03LSH0.01Stop100.00Pump10.03LSH0.02LSLP_1sClock100.02Sensor_Alarm
شكل 12.2: تعبئة تلقائية وإنذار عن مفتاح منسوب معطّل
العنوانالوسمالوظيفة
0.00Autoمفتاح الاختيار في الوضع التلقائي
0.01Stopإيقاف
0.02LSLمفتاح المنسوب المنخفض
0.03LSHمفتاح المنسوب العالي
100.00Pumpمضخّة التعبئة
100.02Sensor_Alarmمصباح بيان عطل الحسّاس
✅مثال

السطر 1، عطل الحسّاس. إذا كان LSH يعمل وLSL مطفأً، فأحد المفتاحين معطّل: لا يمكن أن يكون الماء في الأعلى دون أن يكون في الأسفل. مصباح البيان يومض. هذا مثال على ما يعطيه جدول الحقيقة: إنّه يجبرنا على التفكير أيضًا في الأسطر «التي لا تحدث».

✏️تمرين

املأوا بمساعدة مخطط كارنو دالّة المضخّة، حيث الحالتان 010 و011 هما «لا يهمّ» (X). هل يعطي التبسيط المعادلة نفسها؟ ولماذا اخترنا مع ذلك إطفاء المضخّة في هذه الحالة؟

12.3 خزّان الخلط: التعشيق في العملية

المادّة Aالمادّة BVA 100.00VB 100.01خزّان الخلطM100.02H 100.03LS 0.08VD 100.05تصريف
شكل 12.3: خزّان الخلط: مادّتان، خلّاط، سخّان، وصمّام تصريف

في العملية، التعشيق ليس فقط بين ملامسين. إنّه قوانين العملية. مثلًا:

المكوّنيُسمح له بالعمل فقط عندما...لماذا
الخلّاط 100.02الخزّان ليس فارغًا (LS 0.08 يعمل)الخلّاط الذي يدور في الهواء يتآكل
السخّان 100.03الخلّاط يعملدون خلط تتراكم الحرارة في مكان واحد
صمّام التصريف 100.05صمّاما التعبئة مغلقانلا نصرّف ونُدخل في الوقت نفسه
صمّامات التعبئةصمّام التصريف مغلقالسبب نفسه، من الجهة الأخرى
📘من الجدول إلى السلّم

كلّ سطر في الجدول يتحوّل إلى تلامس في السلّم: تلامس مفتوح للشرط على التوالي في سطر المكوّن. هكذا يحافظ المتحكّم على قوانين العملية حتّى عندما يضغط المشغّل على الزرّ الخاطئ.

12.4 عملية على مراحل

كثير من العمليات في الصناعة هي تسلسل من المراحل: في كلّ لحظة تكون مرحلة واحدة فعّالة، وشرط الانتقال (תנאי מעבר) ينقل إلى المرحلة التالية. هذه فكرة لغة مخطط المراحل (SFC) من الفصل 4. في السلّم ننفّذها بـبِت مرحلة (ביט שלב) لكلّ مرحلة.

المرحلة 1التعبئة
VA + VB · 8 ثوانٍ
⟵
المرحلة 2الخلط
الخلّاط · 6 ثوانٍ
⟵
المرحلة 3التسخين
التسخين والخلّاط · 6 ثوانٍ
⟵
المرحلة 4التصريف
VD · 4 ثوانٍ

في نهاية التصريف نعود إلى المرحلة 1، حتّى يُضغط على الإيقاف.

  1. كلّ مرحلة هي بِت عمل مع تثبيت ذاتي: W0.00 التعبئة، W0.01 الخلط، W0.02 التسخين، W0.03 التصريف.
  2. كلّ مرحلة تشغّل مؤقّتًا. علم الانتهاء الخاصّ به هو شرط الانتقال.
  3. المرحلة التالية تعمل من علم انتهاء المرحلة السابقة، وتطفئ المرحلة السابقة بواسطة تلامسها المغلق في سطر المرحلة السابقة.
  4. المخارج تُكتب على حدة: كلّ مخرج يأخذ بِتات المراحل التي يجب أن يعمل فيها. هكذا يُكتب كلّ مخرج مرّة واحدة.
00.04StartW0.00Fill0.01StopW0.01MixW0.00Fill1W0.00FillTIM0001#80T_Fill2T0001T_FillW0.01Mix0.01StopW0.02HeatW0.01Mix
شكل 12.4: المرحلتان الأوليان. المراحل التالية مبنية بالطريقة نفسها

12.5 تدريب

✏️تمرين

المستوى 1 · أساسي تفريغ الخزّان. صمّام التفريغ V1 (100.01) ينفتح بالضغط على 0.05، وينغلق من تلقاء نفسه عندما ينخفض المنسوب تحت LSL. يُمنع فتحه عندما تملأ المضخّة. اكتبوا السطر.

0
✏️تمرين

المستوى 2 · متوسّط خزّان خلط يدوي. لكلّ مكوّن زرّ تشغيل وزرّ إيقاف: VA (0.02، 0.03)، VB (0.04، 0.05)، الخلّاط (0.06، 0.07)، التسخين (0.09، 0.10)، التصريف (0.11، 0.12). مفتاح المنسوب LS هو 0.08. اكتبوا سلّمًا يحقّق القوانين الأربعة التي في جدول 12.3.

01234
✏️تمرين

المستوى 3 · متقدّم · دورة تلقائية اكتبوا العملية كلّها من 12.4: تعبئة 8 ثوانٍ، خلط 6 ثوانٍ، تسخين مع خلط 6 ثوانٍ، وتصريف 4 ثوانٍ. في نهاية التصريف تبدأ الدورة من جديد من تلقاء نفسها. الإيقاف (0.01) يوقف العملية في أيّ مرحلة. التشغيل على 0.04.

المخرجيعمل في المرحلة
VA 100.00 · VB 100.01التعبئة
الخلّاط 100.02الخلط والتسخين
التسخين 100.03التسخين
التصريف VD 100.05التصريف
💡تلميح

كي تتكرّر الدورة، أضيفوا علم انتهاء مرحلة التصريف، T0004، على التوازي مع زرّ التشغيل في سطر مرحلة التعبئة.

01234567
🖥️تدرّبوا في المحاكي

تدرّبوا على العمليات في الخزّانات في المحاكيات:

يدوي مع شروط: fahed-lab.com/plc-omron/exp05_scada_v2

دورة تلقائية: fahed-lab.com/plc-omron/exp06_scada_auto

خلط وتسخين: fahed-lab.com/plc-omron/mix_ctrl_scada

12.6 تلخيص

  1. مفتاحا منسوب مع ذاكرة يُنشئان تخلّفًا، فلا تعمل المضخّة وتتوقّف كلّ لحظة.
  2. معادلة التعبئة هي تشغيل/إيقاف: P = LSH·(LSL+P)
  3. جدول الحقيقة يجبرنا على التفكير أيضًا في الحالات المستحيلة، والإنذار عنها.
  4. التعشيق في العملية هو قانون: مكوّن يعمل فقط عندما يتحقّق شرط لمكوّن آخر.
  5. عملية على مراحل: بِت مرحلة لكلّ مرحلة، ومؤقّت أو حسّاس كشرط انتقال.
  6. المرحلة التالية تطفئ السابقة بواسطة تلامسها المغلق.
  7. كلّ مخرج يُكتب مرّة واحدة، مع جميع بِتات المراحل التي يعمل فيها على التوازي.

المصطلحات

المصطلحبالعبريةبالإنجليزيةشرح مختصر
مفتاح المنسوبמפסק מפלסLevel switchعوّامة تُغلق تلامسًا عند ارتفاع ثابت
التخلّف (الهستيريزيس)שהיהHysteresisفرق بين نقطة التشغيل ونقطة الإطفاء
بِت المرحلةביט שלבStep bitبِت عمل يدلّ على مرحلة فعّالة في العملية
شرط الانتقالתנאי מעברTransitionالشرط الذي ينقل من مرحلة إلى مرحلة
العملية المتواصلةתהליך רציףContinuous processعملية تمرّ مرارًا وتكرارًا بين المراحل
الخلّاطמערבלMixerمحرّك بشفرة يخلط المادّة في الخزّان

فحص ذاتي

  1. لماذا تعمل المضخّة ذات مفتاح المنسوب الواحد وتتوقّف كلّ لحظة؟
  2. ما الحالة المستحيلة في جدول الحقيقة الخاصّ بالتعبئة، وماذا نفعل فيها؟
  3. ما الذي يطفئ مرحلة الخلط W0.01 في العملية التلقائية؟
  4. لماذا نكتب المخارج في أسطر منفصلة وليس داخل أسطر المراحل؟
  5. أجيبوا عن السؤال الافتتاحي للفصل.

الأجوبة في نهاية الفصل.

حلول تمارين الفصل

مهمّة مخطط كارنو (12.2)

مع «لا يهمّ» في الحالتين اللتين يعمل فيهما LSH ويكون LSL مطفأً، يعطي التبسيط المعادلة نفسها: P = LSH · ( LSL + P ). اخترنا إطفاء المضخّة في هذه الحالة لأنّها حالة عطل: من الأفضل التوقّف والإنذار بدلًا من الاستمرار في التعبئة ونحن لا نعرف المنسوب.

المستوى 1: تفريغ الخزّان

20.05Drain_St100.01V10.02LSL100.00Pump0.01Stop100.01V1
شكل أ.24: حلّ الفصل 12، المستوى 1

التلامس المفتوح LSL موجود بعد فرع التثبيت: عندما ينخفض المنسوب تحت LSL، ينقطع السطر وينغلق الصمّام. التلامس المغلق للمضخّة هو التعشيق.

المستوى 2: خزّان خلط يدوي

00.02VA_St100.00VA0.03VA_Sp100.05VD100.00VA10.04VB_St100.01VB0.05VB_Sp100.05VD100.01VB20.06Mix_St100.02Mixer0.07Mix_Sp0.08LS100.02Mixer30.09Heat_St100.03Heater0.10Heat_Sp100.02Mixer100.03Heater40.11Drain_St100.05VD0.12Drain_Sp100.00VA100.01VB100.05VD
شكل أ.25: حلّ الفصل 12، المستوى 2

المستوى 3: دورة تلقائية

00.04StartW0.00FillT0004T_Drain0.01StopW0.01MixW0.00Fill1W0.00FillTIM0001#80T_Fill2T0001T_FillW0.01Mix0.01StopW0.02HeatW0.01Mix3W0.01MixTIM0002#60T_Mix
شكل أ.26: حلّ الفصل 12، المستوى 3: مرحلتا التعبئة والخلط
4T0002T_MixW0.02Heat0.01StopW0.03DrainW0.02Heat5W0.02HeatTIM0003#60T_Heat6T0003T_HeatW0.03Drain0.01StopT0004T_DrainW0.03Drain7W0.03DrainTIM0004#40T_Drain
شكل أ.27: حلّ الفصل 12، المستوى 3: مرحلتا التسخين والتصريف
8W0.00Fill100.00VA9W0.00Fill100.01VB10W0.01MixW0.02Heat100.02Mixer11W0.02Heat100.03Heater12W0.03Drain100.05VD
شكل أ.28: حلّ الفصل 12، المستوى 3: المخارج حسب المراحل
  1. كلّ مرحلة تعمل من علم انتهاء المرحلة السابقة، وتثبّت نفسها، وتنطفئ عندما تعمل المرحلة التالية.
  2. T0004 على التوازي مع زرّ التشغيل يبدأ دورة جديدة في نهاية التصريف. في المسح نفسه ينطفئ التصريف، ويُصفَّر مؤقّته.
  3. الإيقاف موجود في جميع أسطر المراحل، ولذلك يطفئ المرحلة الفعّالة، وتنطفئ جميع المخارج.
  4. الخلّاط مكتوب مرّة واحدة، مع بِتَي المرحلتين على التوازي: لا يوجد ملفّ مزدوج.
أجوبة الفحص الذاتي
  1. كلّ موجة صغيرة في الماء تنقل المنسوب فوق العلامة وتحتها، والمضخّة تستجيب لكلّ واحدة منها.
  2. LSH يعمل وLSL مطفأ: ماء في الأعلى دون ماء في الأسفل. هذا يعني أنّ مفتاحًا معطّل. نوقف المضخّة ونُطلق إنذارًا.
  3. التلامس المغلق لـW0.02 في سطرها: عندما يبدأ التسخين، ينطفئ الخلط. الإيقاف يطفئها أيضًا.
  4. كي يُكتب كلّ مخرج مرّة واحدة. المخرج الذي يعمل في عدّة مراحل، مثل الخلّاط، يأخذ بِتات المراحل على التوازي، ولا يوجد ملفّ مزدوج.
  5. مع مفتاح واحد، كلّ تذبذب صغير في المنسوب يشغّل المضخّة ويطفئها. مع مفتاحين، تعمل المضخّة عند المنخفض ولا تتوقّف إلّا عند العالي، وفي الوسط تتذكّر حالتها.
إعداد: أ. فهد غانم · fahed-lab.com