تكامل PLC من Mitsubishi FX مع مغير التردد FR-D700 والتحكم عبر HMI

لماذا يظل تكامل PLC وVFD المدمج مهمًا

حتى مع ازدياد ترابط أنظمة الأتمتة الصناعية واعتمادها على البرمجيات، يظل التحكم البسيط بالمحركات من أكثر الوظائف أهمية داخل مرافق التصنيع. ولا تزال وحدات تغيير التردد تهيمن على أنظمة السيور الناقلة والمضخات والمراوح وخطوط التغليف وتطبيقات مناولة المواد، لأنها توفر تسارعًا متحكمًا فيه، وإجهادًا ميكانيكيًا أقل، وكفاءة أفضل في استهلاك الطاقة.

في مشاريع الأتمتة الأصغر، يظل الجمع بين PLC من سلسلة Mitsubishi FX ووحدة VFD من طراز FR-D700 بنية عملية ومنتشرة على نطاق واسع. وتحوّل إضافة واجهة HMI الإعداد من مشغل محرك أساسي إلى محطة تحكم سهلة الاستخدام للمشغل، وقادرة على التعامل مع التحكم الاتجاهي والمراقبة والتوسعة المستقبلية.

يتيح نظام VFD المدعوم بواجهة HMI للمشغلين إدارة اتجاه المحرك وحالته من واجهة مركزية.

فهم بنية الطاقة والتحكم في VFD

تستخدم سلسلة وحدات FR-D700 بنية طرفيات واضحة تبسط التشغيل الأولي لفنيي الصيانة ومتكاملي الأنظمة. ويُعد الفصل الصحيح بين قسم الطاقة وقسم التحكم أمرًا أساسيًا قبل بدء التوصيل.

تتطلب توصيلات الطاقة تأريضًا دقيقًا

بالنسبة إلى الطرز ذات الدخل أحادي الطور، تستقبل الطرفيتان R/L1 وS/L2 طاقة التيار المتردد الواردة مباشرة من قاطع الدائرة. ثم توزع طرفيات خرج الوحدة U وV وW طاقة ثلاثية الطور إلى المحرك.

من التفاصيل التي غالبًا ما يتم تجاهلها استراتيجية التأريض. في البيئات الصناعية التي تضم عدة وحدات قيادة وحساسات وأجهزة اتصال، قد تؤدي مسارات التأريض المشتركة إلى إدخال ضوضاء كهربائية وسلوك تحكم غير مستقر. ويعزل كثير من المهندسين مسارات تأريض VFD كلما أمكن لتقليل مخاطر التداخل.

يجب أن يتطابق المنطق الغاطس والمصدري مع وحدة التحكم

يتمثل الجزء الأهم من توصيلات التحكم في الحفاظ على التوافق بين منطق مداخل VFD وتهيئة مخارج PLC. تدعم FR-D700 كلاً من المنطق المصدري والمنطق الغاطس باستخدام تهيئات جسور توصيل قابلة للاختيار.

عند استخدام المنطق الغاطس، تعمل طرفية SD كمرجع مشترك. وفي وضع المنطق المصدري، تصبح طرفية PC المرجع الموجب المشترك لإشارات التحكم الاتجاهي.

تمنع تهيئة المنطق الغاطس/المصدرية الصحيحة سلوك التبديل غير المستقر وتحمي مداخل التحكم الرقمية.

لا يزال عدم التوافق بين مخارج PLC واختيار منطق VFD من أكثر أخطاء التشغيل الأولي شيوعًا في مشاريع التحكم بالمحركات الصغيرة.

داخل نظام معلمات FR-D700

صممت ميتسوبيشي سلسلة FR-D700 بهيكل تهيئة قائم على المعلمات يوازن بين المرونة والبساطة. ورغم أن وحدة القيادة تتضمن مئات الوظائف القابلة للتهيئة، فإن معظم تطبيقات الأتمتة القياسية تعتمد على مجموعة صغيرة فقط من الإعدادات الأساسية.

معلمات التردد تحدد سلوك المحرك

تحدد معلمات مثل التردد الأقصى والتردد الأدنى والتردد الأساسي نطاق تشغيل المحرك. ويجب أن يتطابق التردد الأساسي مع القيمة المسجلة على لوحة بيانات المحرك لضمان ثبات العزم والأداء الحراري.

في العديد من التركيبات الآسيوية والأوروبية، لا تزال المحركات ذات التردد 50 هرتز شائعة، بينما تعمل الأنظمة في أمريكا الشمالية غالبًا بتردد افتراضي يبلغ 60 هرتز. وقد يؤثر إعداد التردد غير الصحيح في سخونة المحرك وكفاءة الخرج.

يُبسّط تخطيط أطراف FR-D700 التوصيلات الخارجية لمشروعات دمج PLC وHMI.

تأثير التسارع والتباطؤ في الإجهاد الميكانيكي

تؤثر إعدادات التسارع والتباطؤ مباشرةً في موثوقية الآلة. فقد تزيد إعدادات المنحدر الحادة من الإجهاد الواقع على الوصلات وعلب التروس والناقلات، ولا سيما في الأنظمة التي تحمل أحمالًا متغيرة.

بالنسبة إلى أنظمة الأتمتة المدمجة، توفر ملفات التسارع والتباطؤ التي تبلغ مدتها خمس ثوانٍ غالبًا نقطة بداية متوازنة بين سرعة الاستجابة والحماية الميكانيكية.

اختيار وضع التشغيل الصحيح

يحدد البارامتر 79 كيفية قبول VFD للأوامر. ويغيّر هذا الإعداد الواحد بصورة جوهرية طريقة تفاعل وحدة القيادة مع الأجهزة الخارجية.

يصبح اختيار الوضع مهمًا بشكل خاص عند التكامل مع منصات PLC خارجية أو أنظمة HMI. في إعداد هذا البرنامج التعليمي، يتيح وضع التشغيل 3 أوامر التشغيل والإيقاف الخارجية، مع الحفاظ على ضبط التردد محليًا من لوحة مفاتيح وحدة القيادة.

غالبًا ما يستخدم المهندسون الذين يعملون مع منصات التحكم المدمجة مثل أنظمة أتمتة Mitsubishi Electric أو البنى الموزعة للآلات هذا النهج الهجين أثناء مرحلتي الاختبار والتشغيل.

دمج منطق PLC في التطبيقات العملية

لا يزال PLC من سلسلة Mitsubishi FX يحظى بشعبية بفضل موثوقيته وحجمه المدمج وبيئة برمجة السلم المباشرة. وعلى الرغم من أن منصات PAC الأحدث توفر إمكانات موسعة للشبكات، تواصل وحدات التحكم FX أداءها الجيد في تطبيقات المحركات المستقلة.

المخارج الرقمية تقود أوامر الاتجاه

في هذا المشروع، يتصل خرجا PLC‏ Y000 وY001 مباشرةً بالطرفين STF وSTR في VFD لإصدار أوامر الدوران الأمامي والعكسي. وتشمل أجهزة الإدخال أزرار الضغط للتشغيل الأمامي، والتشغيل العكسي، والإيقاف، والإيقاف الطارئ.

يضمن منطق التحكم إمكانية تشغيل اتجاه حركة واحد فقط في كل مرة، مما يمنع تعارض أوامر الحركة الأمامية والعكسية المتزامنة.

توفر أنظمة المحركات ذات التردد المتغير (VFD) التي يتحكم بها PLC إدارةً أكثر أمانًا وتنظيمًا للمحركات مقارنةً بتوصيلات أزرار الضغط المباشرة.

لماذا لا تزال برمجة السلم مهيمنة في التحكم الأساسي بالحركة

على الرغم من انتشار النصوص المهيكلة والبرمجة كائنية التوجه في أنظمة الأتمتة، تظلّ برمجة السلم فعّالة للغاية في أنظمة التحكم المنفصل بالمحركات. ويمكن لفنيي الصيانة تشخيص الأعطال بسرعة والتحقق من تسلسلات التحكم مباشرةً من مخطط المنطق.

لا تزال تركيبات PLC المدمجة في معدات التعبئة والتغليف والناقلات والأنظمة الخدمية تعتمد بدرجة كبيرة على المنطق الشبيه بالمرحلات بسبب وضوحه وسلوكه المتوقع.

يمنع منطق السلم المتشابك إصدار أوامر اتجاهية متزامنة قد تؤدي إلى تلف وحدة القيادة أو المحرك.

إضافة HMI تغيّر تجربة المشغل

تؤدي إضافة طبقة HMI إلى تحسين سهولة الاستخدام بشكل ملحوظ. ويحصل المشغلون على رؤية مركزية مع تقليل الاعتماد على أزرار الضغط الفعلية الموزعة في أنحاء الآلة.

تتواصل وحدة HMI من Inovance IT6000 المستخدمة في هذا المشروع مع PLC من Mitsubishi FX عبر دعم بروتوكول RS-232. وعلى الرغم من اختلاف أساليب الاتصال بين الشركات المصنّعة، تحافظ وحدات HMI الحديثة عمومًا على توافق واسع مع عائلات PLC من مُصنّعين متعددين.

غالبًا ما تجمع المنشآت التي تعمل على تحديث المعدات القديمة بين أجهزة PLC الأقدم وواجهات الشاشات اللمسية الأحدث لتحسين سهولة الاستخدام دون استبدال نظام التحكم بالكامل.

بالنسبة إلى المشاريع الأكبر التي تتطلب واجهات تشغيل قابلة للتوسع وشبكات موزعة، غالبًا ما يقيّم المهندسون حلولًا إضافية من منصات HMI الصناعية وأنظمة قيادة VFD المتقدمة.

إلى أين يتجه التحكم البسيط في المحركات

غالبًا ما يصبح ما يبدأ كمشروع صغير لوحدة VFD للتحكم في الحركة إلى الأمام/الخلف أساسًا لاستراتيجيات أتمتة أكثر تقدمًا. وبمجرد إضافة PLC وHMI، تصبح إضافة مراجع السرعة التناظرية، وتشخيص الأعطال، والمراقبة عن بُعد، أو اتصال Ethernet أسهل بكثير.

تتوقع المنشآت الصناعية بشكل متزايد أن تدعم الأنظمة المدمجة حتى الصيانة التنبؤية، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها عن بُعد، وجمع البيانات. ونتيجة لذلك، يتطور مزيج VFD-PLC التقليدي إلى منصة تحكم طرفية متصلة.

نقطة بداية عملية لأتمتة المحركات

يظل هذا النوع من تكامل Mitsubishi FX وFR-D700 ذا قيمة لأنه يعلّم الأساسيات الهندسية الكامنة وراء التحكم في المحركات الصناعية. ويوفر فهم منطق المصب/المصدر، وتهيئة المعلمات، والتشابك، وتشغيل وحدة القيادة أساسًا قويًا قبل الانتقال إلى بيئات التحكم الموزع الأكبر.

بدأ العديد من مهندسي الأتمتة المتقدمين بأنظمة مشابهة جدًا لهذا النظام. قد تكون الأجهزة مدمجة، لكن المبادئ الأساسية تتوسع مباشرة لتشمل هياكل PLC وDCS والتحكم في الحركة الحديثة.

المؤلف: ناثان كول | مراسل أنظمة الأتمتة الصناعية

يتمتع ناثان كول بخبرة تزيد على 12 عامًا في تغطية تقنيات التحكم في الحركة الصناعية، وتكامل وحدات PLC، وأتمتة المصانع. وتشمل خبرته في المشاريع أنظمة Mitsubishi Electric وSiemens وDelta Electronics وRockwell Automation المستخدمة في منشآت التعبئة والتغليف ومناولة المواد والتصنيع بالعمليات.