تحكم PLC

الهيكل الأساسي جوهر وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة هو جهاز كمبيوتر مخصص للتحكم الصناعي. هيكل الأجهزة الخاص به هو في الأساس نفس هيكل الكمبيوتر الصغير. الهيكل الأساسي هو: 1. مصدر الطاقة يلعب مصدر الطاقة لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة دورًا مهمًا للغاية في النظام بأكمله. بدون نظام إمداد طاقة جيد وموثوق، لا يمكن أن يعمل بشكل صحيح. ولذلك، فإن الشركة المصنعة لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة تعلق أيضًا أهمية كبيرة على تصميم وتصنيع مصدر الطاقة. بشكل عام، يكون تقلب جهد التيار المتردد ضمن نطاق +10% (+15%)، ويمكن توصيل PLC مباشرة بشبكة طاقة التيار المتردد دون اتخاذ تدابير أخرى. 2. وحدة المعالجة المركزية (CPU) وحدة المعالجة المركزية (CPU) هي مركز التحكم في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة. يتلقى ويخزن برنامج المستخدم والبيانات المكتوبة من المبرمج وفقًا للوظائف التي يحددها برنامج نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة؛ يتحقق من حالة مصدر الطاقة، والذاكرة، والإدخال/الإخراج، ومؤقت التحذير، ويمكنه تشخيص الأخطاء النحوية في برنامج المستخدم. عندما يتم تشغيل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، فإنها تتلقى أولاً حالة وبيانات كل جهاز إدخال في الموقع بطريقة المسح، وتقوم بتخزينها في منطقة صورة الإدخال/الإخراج على التوالي، ثم تقرأ برنامج المستخدم من برنامج المستخدم الذاكرة واحدة تلو الأخرى، وبعد تفسير الأمر، يتم إرسال نتائج العملية المنطقية أو الحسابية إلى منطقة صورة الإدخال / الإخراج أو سجل البيانات وفقًا للتعليمات. بعد تنفيذ جميع برامج المستخدم، يتم أخيرًا نقل حالة الإخراج لمنطقة صورة الإدخال / الإخراج أو البيانات الموجودة في سجل الإخراج إلى جهاز الإخراج المقابل، وتستمر الدورة حتى تتوقف. من أجل زيادة تحسين موثوقية PLC، تم تجهيز PLCs الكبيرة أيضًا بوحدات معالجة مركزية مزدوجة لتشكيل نظام زائد عن الحاجة، أو نظام تصويت ثلاثي وحدات المعالجة المركزية، بحيث حتى في حالة فشل وحدة المعالجة المركزية، يظل النظام بأكمله يعمل بشكل طبيعي. 3. الذاكرة تسمى الذاكرة التي تخزن برامج النظام ذاكرة برنامج النظام. تسمى الذاكرة التي تخزن البرامج التطبيقية ذاكرة برنامج المستخدم. 4. دائرة واجهة الإدخال والإخراج 4.1. تتكون دائرة واجهة الإدخال الميداني من دائرة اقتران بصرية ودائرة واجهة إدخال الكمبيوتر الصغير، وتعمل كقناة إدخال للواجهة بين وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة والتحكم الميداني. 4.2. تم دمج دائرة واجهة الإخراج الميداني مع سجل بيانات الإخراج ودائرة الاختيار ودائرة طلب المقاطعة، وتقوم وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة بإخراج إشارة التحكم المقابلة إلى مكون التنفيذ الميداني من خلال دائرة واجهة الإخراج الميداني. 5. الوحدات الوظيفية مثل العد وتحديد المواقع والوحدات الوظيفية الأخرى. 6. وحدة الاتصالات  اختيار PLC وتحليل الحالة عند اختيار PLC، يجب عليك تحليل خصائص العملية ومتطلبات التحكم بالتفصيل، وتوضيح مهام التحكم ونطاقه، وتحديد العمليات والإجراءات المطلوبة، ومن ثم تقدير عدد نقاط الإدخال والإخراج، وسعة الذاكرة المطلوبة، و تحديد وظائف PLC وخصائص الأجهزة الخارجية بناءً على متطلبات التحكم. وأخيرًا، حدد PLC ذو نسبة أداء إلى سعر أعلى وقم بتصميم نظام تحكم مناسب. وفيما يلي سوف نقوم بتفصيل النقاط التي يجب الاهتمام بها عند اختيار PLC: 1. تقدير نقاط الإدخال والإخراج (I/O).يجب مراعاة الهامش المناسب عند تقدير عدد نقاط الإدخال/الإخراج. عادةً، استنادًا إلى العدد الإحصائي لنقاط الإدخال والإخراج، تتم إضافة هامش قابل للتوسيع يتراوح من 10% إلى 20% كبيانات تقديرية لعدد نقاط الإدخال والإخراج. 2. تقدير سعة الذاكرة. سعة الذاكرة هي حجم وحدة تخزين الأجهزة التي يمكن لوحدة التحكم القابلة للبرمجة نفسها توفيرها، وسعة البرنامج هي حجم وحدة التخزين التي يستخدمها مشروع تطبيق المستخدم في الذاكرة، وبالتالي فإن سعة البرنامج أصغر من سعة الذاكرة. من أجل الحصول على تقدير معين لسعة البرنامج أثناء التصميم والاختيار، عادة ما يتم استخدام تقدير سعة الذاكرة كبديل. بشكل عام، هو 10 إلى 15 ضعف عدد نقاط الإدخال/الإخراج الرقمية، بالإضافة إلى 100 ضعف عدد نقاط الإدخال/الإخراج التناظرية، وهذا الرقم هو إجمالي عدد الكلمات في الذاكرة (16 بت هي كلمة واحدة). و25% أخرى من هذا الرقم تعتبر هامشاً.3. اختيار وظائف التحكم. يتضمن هذا الاختيار اختيار الخصائص مثل وظيفة الحساب، ووظيفة التحكم، ووظيفة الاتصال، ووظيفة البرمجة، ووظيفة التشخيص وسرعة المعالجة. (1) وظيفة التشغيل؛ تتضمن وظيفة تشغيل PLC البسيط التشغيل المنطقي ووظيفة التوقيت والعد؛ تتضمن وظيفة تشغيل PLC العادي أيضًا نقل البيانات والمقارنة ووظائف التشغيل الأخرى؛ وتشمل وظائف التشغيل الأكثر تعقيدًا العمليات الجبرية، ونقل البيانات، وما إلى ذلك؛ يحتوي PLC الكبير أيضًا على تشغيل PID تناظري ووظائف تشغيل متقدمة أخرى. مع ظهور الأنظمة المفتوحة، أصبح لدى الشركات المحدودة العامة الآن وظائف اتصال. بعض المنتجات لديها اتصال مع أجهزة الكمبيوتر السفلية، وبعض المنتجات لديها اتصال مع نفس الكمبيوتر أو الكمبيوتر العلوي، وبعض المنتجات لديها أيضًا وظيفة اتصال البيانات مع شبكة المصنع أو المؤسسة. عند التصميم والاختيار، يجب أن نبدأ من متطلبات التطبيق الفعلي ونختار بشكل معقول وظائف التشغيل المطلوبة. في معظم التطبيقات، هناك حاجة فقط إلى التشغيل المنطقي ووظائف التوقيت والعد. تتطلب بعض التطبيقات نقل البيانات ومقارنتها. عند استخدامها للكشف والتحكم التناظري، يتم استخدام العمليات الجبرية والتحويل الرقمي وتشغيل PID. عمليات فك التشفير والتشفير مطلوبة لعرض البيانات. (2) وظائف التحكم: تشمل وظائف التحكم عمليات التحكم PID، وعمليات التحكم في تعويض التغذية، وعمليات التحكم في النسب، وما إلى ذلك، والتي يجب تحديدها وفقًا لمتطلبات التحكم. يستخدم PLC بشكل أساسي للتحكم المنطقي المتسلسل. ولذلك، غالبا ما تستخدم وحدات التحكم أحادية الحلقة أو متعددة الحلقات في معظم الحالات لحل التحكم التناظري. في بعض الأحيان، يتم أيضًا استخدام وحدات الإدخال والإخراج الذكية المخصصة لإكمال وظائف التحكم المطلوبة، وتحسين سرعة معالجة PLC وتوفير سعة الذاكرة. على سبيل المثال، يتم استخدام وحدات التحكم PID، والعدادات عالية السرعة، والوحدات التناظرية مع تعويض السرعة، ووحدات تحويل كود ASC، وما إلى ذلك. (3) وظيفة الاتصال: يجب أن تدعم أنظمة PLC الكبيرة والمتوسطة الحجم مجموعة متنوعة من الناقلات الميدانية وبروتوكولات الاتصال القياسية (مثل TCP/IP)، ويجب أن تكون قادرة على الاتصال بشبكة إدارة المصنع (TCP/IP) عند الضرورة. يجب أن يتوافق بروتوكول الاتصال مع معايير الاتصال ISO/IEEE ويجب أن يكون شبكة اتصالات مفتوحة. يجب أن تتضمن واجهة الاتصال لنظام PLC واجهات اتصال تسلسلية ومتوازية (RS 232C/422A/485)، ومنفذ اتصال RIO، وEthernet صناعي، وواجهة DCS مشتركة، وما إلى ذلك؛ الأشكال الرئيسية لشبكة الاتصالات لنظام PLC هي كما يلي: 1) جهاز الكمبيوتر هو المحطة الرئيسية، وأجهزة PLC المتعددة من نفس النموذج هي محطات تابعة، وتشكل شبكة PLC بسيطة؛ 2) 1 PLC هي المحطة الرئيسية، وأجهزة PLC الأخرى من نفس النموذج هي محطات تابعة، وتشكل شبكة PLC رئيسية وتابعة؛ 3) يتم توصيل شبكة PLC بشبكة DCS كبيرة كشبكة فرعية لـ DCS من خلال واجهة شبكة محددة؛ 4) شبكة PLC مخصصة (شبكة اتصالات PLC مخصصة لكل مصنع). من أجل تقليل مهمة اتصال وحدة المعالجة المركزية (CPU)، وفقًا للاحتياجات الفعلية لتكوين الشبكة، يجب تحديد معالجات الاتصال ذات وظائف الاتصال المختلفة (مثل نقطة إلى نقطة، وناقل المجال، والإيثرنت الصناعي). (4) وظيفة البرمجة. وضع البرمجة دون الاتصال بالإنترنت: يتشارك PLC والمبرمج في وحدة المعالجة المركزية. عندما يكون المبرمج في وضع البرمجة، توفر وحدة المعالجة المركزية الخدمات للمبرمج فقط ولا تتحكم في المعدات الميدانية. بعد اكتمال البرمجة، يتحول المبرمج إلى وضع التشغيل، وتتحكم وحدة المعالجة المركزية في المعدات الميدانية ولا يمكن برمجتها. يمكن للبرمجة دون اتصال أن تقلل من تكاليف النظام، ولكن من غير المناسب استخدامها وتصحيح الأخطاء. وضع البرمجة عبر الإنترنت: وحدة المعالجة المركزية والمبرمج لهما وحدات المعالجة المركزية الخاصة بهما. وحدة المعالجة المركزية المضيفة مسؤولة عن التحكم الميداني وتبادل البيانات مع المبرمج خلال دورة المسح. يرسل المبرمج البرنامج أو البيانات المجمعة عبر الإنترنت إلى المضيف. في دورة الفحص التالية، يعمل المضيف وفقًا للبرنامج المستلم حديثًا. هذه الطريقة أكثر تكلفة، ولكن تصحيح أخطاء النظام وتشغيله ملائمان، وغالبًا ما يتم استخدامه في PLCs الكبيرة والمتوسطة الحجم. (5) وظيفة التشخيصتتضمن الوظيفة التشخيصية لـ PLC تشخيص الأجهزة والبرامج. يحدد تشخيص الأجهزة موقع خطأ الأجهزة من خلال الحكم المنطقي للأجهزة، وينقسم تشخيص البرامج إلى تشخيص داخلي وتشخيص خارجي. تشخيص الأداء الداخلي ووظيفة PLC من خلال البرنامج هو تشخيص داخلي، وتشخيص وظيفة تبادل المعلومات بين وحدة المعالجة المركزية PLC ومكونات الإدخال والإخراج الخارجية من خلال البرنامج هو تشخيص خارجي.تؤثر قوة وظيفة التشخيص في PLC بشكل مباشر على القدرات الفنية المطلوبة من المشغلين وأفراد الصيانة، وتؤثر على متوسط وقت الإصلاح. (6) سرعة المعالجةيعمل PLC في وضع المسح. من منظور متطلبات الوقت الحقيقي، يجب أن تكون سرعة المعالجة في أسرع وقت ممكن. إذا كانت مدة الإشارة أقل من وقت المسح، فلن يتمكن PLC من مسح الإشارة، مما يؤدي إلى فقدان بيانات الإشارة. ترتبط سرعة المعالجة بطول برنامج المستخدم، وسرعة معالجة وحدة المعالجة المركزية، وجودة البرنامج، وما إلى ذلك. في الوقت الحاضر، تتمتع جهات اتصال PLC باستجابة سريعة وسرعة عالية. وقت تنفيذ كل تعليمات ثنائية هو حوالي 0.2 إلى 0.4Ls، لذلك يمكن التكيف مع احتياجات التطبيق مع متطلبات التحكم العالية ومتطلبات الاستجابة السريعة. يجب أن تستوفي دورة المسح (دورة مسح المعالج) المتطلبات التالية: لا يزيد وقت المسح لـ PLC الصغير عن 0.5 مللي ثانية/ك؛ وقت المسح لـ PLC الكبيرة والمتوسطة الحجم لا يزيد عن 0.2ms/K. 4. اختيار النموذج (1) أنواع PLCينقسم PLC إلى فئتين وفقًا للهيكل: النوع المتكامل والنوع المعياري. وهي مقسمة إلى فئتين وفقًا لبيئة التطبيق: التثبيت الميداني وتركيب غرفة التحكم. وهي مقسمة إلى 1 بت، 4 بت، 8 بت، 16 بت، 32 بت، 64 بت، وما إلى ذلك وفقًا لطول كلمة وحدة المعالجة المركزية. من وجهة نظر التطبيق، يمكن عادةً اختياره وفقًا لوظيفة التحكم أو نقاط الإدخال والإخراج. نقاط الإدخال/الإخراج الخاصة بـ PLC المتكامل ثابتة، لذلك يكون لدى المستخدمين مساحة أقل للاختيار ويتم استخدامها في أنظمة التحكم الصغيرة؛ يوفر PLC المعياري مجموعة متنوعة من بطاقات الإدخال/الإخراج أو البطاقات الإضافية، بحيث يمكن للمستخدمين تحديد وتكوين نقاط الإدخال/الإخراج لنظام التحكم بشكل معقول. يعد توسيع الوظيفة مريحًا ومرنًا، ويستخدم بشكل عام في أنظمة التحكم الكبيرة والمتوسطة الحجم. (2) اختيار وحدات الإدخال والإخراج؛ يجب أن يكون اختيار وحدات الإدخال والإخراج متسقًا مع متطلبات التطبيق. على سبيل المثال، بالنسبة لوحدات الإدخال، يجب مراعاة متطلبات التطبيق مثل مستوى الإشارة ومسافة إرسال الإشارة وعزل الإشارة وطريقة إمداد طاقة الإشارة. بالنسبة لوحدات الإخراج، ينبغي النظر في نوع وحدة الإخراج التي سيتم اختيارها. بشكل عام، تتميز وحدات إخراج التتابع بخصائص السعر المنخفض ونطاق الجهد الواسع والعمر القصير ووقت الاستجابة الطويل؛ تعتبر وحدات إخراج الثايرستور مناسبة للتبديل المتكرر ومناسبات التحميل الحثية ذات عامل الطاقة المنخفض، ولكنها أكثر تكلفة ولها قدرة حمل زائد ضعيفة. تحتوي وحدات الإخراج أيضًا على مخرج تيار مستمر، ومخرج تيار متردد، ومخرج تناظري، والتي يجب أن تكون متوافقة مع متطلبات التطبيق. وفقا لمتطلبات التطبيق، يمكن اختيار وحدات الإدخال والإخراج الذكية بشكل معقول لتحسين مستوى التحكم وتقليل تكاليف التطبيق. ضع في اعتبارك ما إذا كانت هناك حاجة إلى حامل توسيع أو حامل إدخال/إخراج عن بعد. (3) اختيار مصدر الطاقةمصدر طاقة PLC، بالإضافة إلى تصميم واختيار PLC وفقًا لمتطلبات دليل المنتج عند إدخال المعدات، يجب تصميم واختيار مصدر طاقة PLC وفقًا لمتطلبات دليل المنتج. بشكل عام، يجب تصميم واختيار مصدر طاقة PLC بمصدر طاقة 220VAC، والذي يتوافق مع جهد شبكة الطاقة المحلية. بالنسبة للتطبيقات المهمة، يجب استخدام مصدر طاقة غير منقطع أو مصدر طاقة مثبت الجهد. إذا كان PLC نفسه يحتوي على مصدر طاقة قابل للاستخدام، فيجب التحقق مما إذا كان التيار المقدم يلبي متطلبات التطبيق، وإلا فيجب تصميم مصدر طاقة خارجي. من أجل منع إدخال مصدر الطاقة الخارجي عالي الجهد إلى PLC بسبب سوء التشغيل، من الضروري عزل إشارات الإدخال والإخراج، وفي بعض الأحيان يمكن استخدام صمام ثنائي أو أنبوب مصهر بسيط للعزل. (4) اختيار الذاكرة: نظرًا لتطور تكنولوجيا شرائح الكمبيوتر المتكاملة، انخفض سعر الذاكرة. ولذلك، من أجل ضمان التشغيل العادي لمشروع التطبيق، مطلوب بشكل عام أن تكون سعة ذاكرة PLC على الأقل 8K ذاكرة وفقًا لـ 256 نقطة إدخال / إخراج. عندما تكون هناك حاجة إلى وظائف تحكم معقدة، يجب اختيار سعة أكبر وذاكرة ذات درجة أعلى. (5) الاعتبارات الاقتصاديةعند اختيار PLC، يجب أن تأخذ في الاعتبار نسبة الأداء إلى السعر. عند النظر في الكفاءة الاقتصادية، يجب عليك أيضًا مراعاة عوامل مثل قابلية التوسع وقابلية التشغيل ونسبة الإدخال إلى الإخراج للتطبيق، وإجراء المقارنات وأخذها في الاعتبار، وأخيراً اختيار منتج أكثر إرضاءً.عدد نقاط الإدخال والإخراج له تأثير مباشر على السعر. ستؤدي كل بطاقة إدخال وإخراج إضافية إلى زيادة التكلفة. عندما يزيد عدد النقاط إلى قيمة معينة، ستزداد أيضًا سعة الذاكرة والحامل واللوحة الأم وما إلى ذلك وفقًا لذلك. لذلك، فإن الزيادة في عدد النقاط لها تأثير على اختيار وحدة المعالجة المركزية، وسعة الذاكرة، ونطاق وظيفة التحكم، وما إلى ذلك. ويجب أخذها في الاعتبار بشكل كامل أثناء التقدير والاختيار لجعل نظام التحكم بأكمله يتمتع بسعر أداء أكثر معقولية نسبة.