عملية متواصلة: تعبئة الخزّانات وخلطها وتسخينها
🎯 أهداف التعلّم
في نهاية الفصل ستستطيعون:
- تصميم تعبئة خزّان بمفتاحَي منسوب، بحيث لا تعمل المضخّة وتتوقّف كلّ لحظة.
- الانتقال من وصف العمل إلى جدول الحقيقة، ثمّ إلى المعادلة والسلّم.
- تحديد حالة حسّاسات مستحيلة والإنذار عنها.
- كتابة التعشيق في العملية: ما يُسمح له بالعمل فقط عندما يتحقّق شيء آخر.
- 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
- جداول الحقيقة ومخططات كارنو (الصفّ العاشر).
- الفصل 5: التثبيت الذاتي.
- الفصل 8: المؤقّتات.
المعدّات والوقت
| المعدّات | الكمية |
|---|---|
| متحكّم أومرون، مزوّد القدرة 24 فولت وكبل البرمجة | 1 |
| خزّان مختبر مع مفتاحَي منسوب (أو مفتاحان يحاكيانهما) | 1 |
| مضخّة أو مصباح بيان يحاكيها، وصمّام أو مصباح بيان | 1 من كلّ نوع |
| مفتاح اختيار تلقائي/يدوي | 1 |
⏱️ الوقت المقترح: خمس حصص.
- 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
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.
| LSL | LSH | المضخّة الآن | المضخّة التالية | ماذا يعني |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 1 | تحت المنخفض: نبدأ التعبئة |
| 0 | 0 | 1 | 1 | نستمرّ في التعبئة |
| 1 | 0 | 0 | 0 | بين المفتاحين، لا نملأ: نبقى مطفأين |
| 1 | 0 | 1 | 1 | بين المفتاحين، نملأ: نستمرّ |
| 1 | 1 | X | 0 | وصلنا إلى العالي: نتوقّف |
| 0 | 1 | X | 0 | مستحيل: مفتاح معطّل! نُطلق إنذارًا |
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
| العنوان | الوسم | الوظيفة |
|---|---|---|
| 0.00 | Auto | مفتاح الاختيار في الوضع التلقائي |
| 0.01 | Stop | إيقاف |
| 0.02 | LSL | مفتاح المنسوب المنخفض |
| 0.03 | LSH | مفتاح المنسوب العالي |
| 100.00 | Pump | مضخّة التعبئة |
| 100.02 | Sensor_Alarm | مصباح بيان عطل الحسّاس |
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».
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
في العملية، التعشيق ليس فقط بين ملامسين. إنّه قوانين العملية. مثلًا:
| المكوّن | يُسمح له بالعمل فقط عندما... | لماذا |
|---|---|---|
| الخلّاط 100.02 | الخزّان ليس فارغًا (LS 0.08 يعمل) | الخلّاط الذي يدور في الهواء يتآكل |
| السخّان 100.03 | الخلّاط يعمل | دون خلط تتراكم الحرارة في مكان واحد |
| صمّام التصريف 100.05 | صمّاما التعبئة مغلقان | لا نصرّف ونُدخل في الوقت نفسه |
| صمّامات التعبئة | صمّام التصريف مغلق | السبب نفسه، من الجهة الأخرى |
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.
VA + VB · 8 ثوانٍ
الخلّاط · 6 ثوانٍ
التسخين والخلّاط · 6 ثوانٍ
VD · 4 ثوانٍ
في نهاية التصريف نعود إلى المرحلة 1، حتّى يُضغط على الإيقاف.
- كلّ مرحلة هي بِت عمل مع تثبيت ذاتي: W0.00 التعبئة، W0.01 الخلط، W0.02 التسخين، W0.03 التصريف.
- كلّ مرحلة تشغّل مؤقّتًا. علم الانتهاء الخاصّ به هو شرط الانتقال.
- المرحلة التالية تعمل من علم انتهاء المرحلة السابقة، وتطفئ المرحلة السابقة بواسطة تلامسها المغلق في سطر المرحلة السابقة.
- المخارج تُكتب على حدة: كلّ مخرج يأخذ بِتات المراحل التي يجب أن يعمل فيها. هكذا يُكتب كلّ مخرج مرّة واحدة.
12.5 تدريب
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.
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.
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.
| المخرج | يعمل في المرحلة |
|---|---|
| VA 100.00 · VB 100.01 | التعبئة |
| الخلّاط 100.02 | الخلط والتسخين |
| التسخين 100.03 | التسخين |
| التصريف VD 100.05 | التصريف |
كي تتكرّر الدورة، أضيفوا علم انتهاء مرحلة التصريف، T0004، على التوازي مع زرّ التشغيل في سطر مرحلة التعبئة.
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
- مفتاحا منسوب مع ذاكرة يُنشئان تخلّفًا، فلا تعمل المضخّة وتتوقّف كلّ لحظة.
- معادلة التعبئة هي تشغيل/إيقاف: P = LSH·(LSL+P)
- جدول الحقيقة يجبرنا على التفكير أيضًا في الحالات المستحيلة، والإنذار عنها.
- التعشيق في العملية هو قانون: مكوّن يعمل فقط عندما يتحقّق شرط لمكوّن آخر.
- عملية على مراحل: بِت مرحلة لكلّ مرحلة، ومؤقّت أو حسّاس كشرط انتقال.
- المرحلة التالية تطفئ السابقة بواسطة تلامسها المغلق.
- كلّ مخرج يُكتب مرّة واحدة، مع جميع بِتات المراحل التي يعمل فيها على التوازي.
المصطلحات
| المصطلح | بالعبرية | بالإنجليزية | شرح مختصر |
|---|---|---|---|
| مفتاح المنسوب | מפסק מפלס | Level switch | عوّامة تُغلق تلامسًا عند ارتفاع ثابت |
| التخلّف (الهستيريزيس) | שהיה | Hysteresis | فرق بين نقطة التشغيل ونقطة الإطفاء |
| بِت المرحلة | ביט שלב | Step bit | بِت عمل يدلّ على مرحلة فعّالة في العملية |
| شرط الانتقال | תנאי מעבר | Transition | الشرط الذي ينقل من مرحلة إلى مرحلة |
| العملية المتواصلة | תהליך רציף | Continuous process | عملية تمرّ مرارًا وتكرارًا بين المراحل |
| الخلّاط | מערבל | Mixer | محرّك بشفرة يخلط المادّة في الخزّان |
فحص ذاتي
- لماذا تعمل المضخّة ذات مفتاح المنسوب الواحد وتتوقّف كلّ لحظة؟
- ما الحالة المستحيلة في جدول الحقيقة الخاصّ بالتعبئة، وماذا نفعل فيها؟
- ما الذي يطفئ مرحلة الخلط W0.01 في العملية التلقائية؟
- لماذا نكتب المخارج في أسطر منفصلة وليس داخل أسطر المراحل؟
- 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
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
المستوى 3: دورة تلقائية
- كلّ مرحلة تعمل من علم انتهاء المرحلة السابقة، وتثبّت نفسها، وتنطفئ عندما تعمل المرحلة التالية.
- T0004 على التوازي مع زرّ التشغيل يبدأ دورة جديدة في نهاية التصريف. في المسح نفسه ينطفئ التصريف، ويُصفَّر مؤقّته.
- الإيقاف موجود في جميع أسطر المراحل، ولذلك يطفئ المرحلة الفعّالة، وتنطفئ جميع المخارج.
- الخلّاط مكتوب مرّة واحدة، مع بِتَي المرحلتين على التوازي: لا يوجد ملفّ مزدوج.
أجوبة الفحص الذاتي
- كلّ موجة صغيرة في الماء تنقل المنسوب فوق العلامة وتحتها، والمضخّة تستجيب لكلّ واحدة منها.
- LSH يعمل وLSL مطفأ: ماء في الأعلى دون ماء في الأسفل. هذا يعني أنّ مفتاحًا معطّل. نوقف المضخّة ونُطلق إنذارًا.
- التلامس المغلق لـW0.02 في سطرها: عندما يبدأ التسخين، ينطفئ الخلط. الإيقاف يطفئها أيضًا.
- كي يُكتب كلّ مخرج مرّة واحدة. المخرج الذي يعمل في عدّة مراحل، مثل الخلّاط، يأخذ بِتات المراحل على التوازي، ولا يوجد ملفّ مزدوج.
- 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.