تقدم Triangle Research International نهجًا فريدًا لأنظمة التحكم من خلال وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة من سلسلة Fx ذات اللوحة المفتوحة. في هذا البرنامج التعليمي العملي، نستعرض أساسيات توصيل إحدى وحدات التحكم هذه وتمديد أسلاكها وبرمجتها. ومن إعداد الأجهزة إلى تنزيل برنامج بسيط عبر الاتصال التسلسلي، يقدم هذا الدليل نقطة بداية عملية للمهندسين الذين يستكشفون منصات وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة القابلة للتخصيص لتطبيقات المعدات الأصلية والأتمتة المضمنة.

على الرغم من أن لوحة الدوائر المطبوعة المكشوفة قد تبدو غير مألوفة لكثير من المهندسين في مجال الأتمتة وأنظمة التحكم، فإن وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة هي ببساطة جهاز ينفذ وظائف منطقية باستخدام مداخل ومخارج تتفاعل مع العالم الحقيقي. وتختلف تصميمات وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة اختلافًا كبيرًا من حيث مستوى الحماية والمتانة البيئية، لكن الوظيفة الأساسية تظل كما هي في جميع الأنظمة.

ما هي وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة من سلسلة Fx؟

تتضمن وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة من سلسلة Fx من Mitsubishi Electric معظم الوظائف المطلوبة للمشروعات التي تتراوح بين التحكم البسيط في الآلات وأنظمة الأتمتة المتوسطة التعقيد. وتتضمن وحدات التحكم هذه عادةً Ethernet وRS-232 ومنفذي اتصال RS-485، بالإضافة إلى مداخل/مخارج رقمية وتناظرية، وذلك حسب الطراز.

يمكن توسيع عدد نقاط المداخل/المخارج باستخدام شبكة Modbus، ما يجعل النظام مرنًا لتطبيقات الأتمتة الصناعية القابلة للتوسع.

يستخدم هذا البرنامج التعليمي الطراز Fx2424، الذي يوفر:

• 24 مدخلًا رقميًا
• 24 مخرجًا رقميًا
• 8 مداخل تناظرية
• 4 مخارج تناظرية

تشمل الخصائص التقنية المهمة للمبرمجين ما يلي:

• المداخل الرقمية من نوع source، وتتطلب مستشعرات أو مفاتيح من نوع NPN تعمل كـ sink ومتصلة بجهد 0 فولت تيار مستمر.
• تتلقى المداخل الطاقة داخليًا من مصدر إمداد بجهد 24 فولت تيار مستمر، ولا تتطلب طرفًا مشتركًا منفصلًا.
• المخارج الرقمية من نوع sink، ما يعني أن أجهزة الحمل يجب أن تتلقى الطاقة من مصدر خارجي.
• تدعم مداخل/مخارج الإشارات التناظرية إشارات بجهد من 0 إلى 5 فولت، مع إمكانية استخدام شبكات مقاومات اختيارية لتمكين توصيل أجهزة بجهد من 0 إلى 10 فولت أو بتيار من 4 إلى 20 ملي أمبير.

إعداد أجهزة المشروع

يستخدم هذا البرنامج التعليمي التمهيدي إعدادًا بسيطًا يتكوّن من جهاز إدخال واحد وجهاز خرج واحد متصلين عبر واجهة اتصال RS-232. وتشمل الأجهزة المطلوبة ما يلي:

• وحدة تحكم TRi PLC من سلسلة Fx
• مصدر طاقة صناعي بجهد 24 VDC
• كابل تحويل من USB إلى Serial
• مفتاح اختيار (جهاز إدخال)
• مرحّل ميكانيكي (جهاز خرج)
• التوصيلات القياسية

الخطوة 1: تزويد وحدة التحكم بالطاقة

صِل مصدر طاقة 24 VDC برأس مدخل الطاقة المسمّى +24 V و0 V. تحقّق من إضاءة مؤشر LED للطاقة قبل المتابعة.

الخطوة 2: توصيل مفتاح الإدخال

بما أن المداخل من نوع المصدر، صِل سلكًا من الطرف 0 V لمصدر الطاقة إلى المفتاح. ثم صِل جانب الخرج من المفتاح بالطرف 1 في كتلة أطراف الإدخال.

إذا كانت وحدة PLC والمفتاح يستخدمان مصدرَي طاقة مختلفين، فتأكد من اشتراك المصدرين في توصيل مرجعي مشترك بجهد 0 V.

الخطوة 3: توصيل مرحّل الخرج

بما أن المخارج من نوع السحب، صِل ملف المرحّل بجهد +24 VDC. ثم صِل الجانب الآخر من ملف المرحّل بالطرف 1 للمخرج في وحدة PLC.

يجب توصيل الطرف المشترك للمخارج بالطرف 0 V لمصدر طاقة الحمل لإكمال الدائرة.

برنامج برمجة PLC

تستخدم وحدة PLC من سلسلة Fx برنامج البرمجة i-TRiLOGI. ثبّت البرنامج وفقًا لتعليمات الشركة المصنّعة قبل توصيل وحدة التحكم.

يوفّر البرنامج بيئة لبرمجة منطق السلم تُستخدم لإنشاء البرامج وتحريرها وتنزيلها إلى وحدة PLC.

الاتصال بوحدة PLC باستخدام الاتصال التسلسلي

يستخدم هذا البرنامج التعليمي اتصالًا تسلسليًا من نوع RS-232 بدلًا من Ethernet. صِل كابل التحويل من USB إلى Serial بين الكمبيوتر ومنفذ الاتصال في وحدة PLC.

بعد توصيل الكابل، سيعيّن نظام التشغيل رقم منفذ COM. تحقّق من رقم المنفذ المعيّن باستخدام «إدارة الأجهزة».

في برنامج البرمجة:

• افتح قائمة وحدة التحكم
• اختر «الاتصال بالخادم»
• اختر منفذ Serial/USB
• اضبط منفذ COM الصحيح
• انقر على «فتح المنفذ»

إذا نجح الاتصال، فسيعرض البرنامج رسالة تأكيد تفيد بإقامة الاتصال مع وحدة PLC.

كتابة برنامج بسيط بمنطق السلم

تبدأ برمجة منطق السلم بإنشاء مسار يحدد العلاقة بين حالة إدخال وإجراء خرج. في هذا المثال، يتحكم مفتاح في خرج مرحّل.

تشمل خطوات البرمجة ما يلي:

• إنشاء نقطة تلامس مفتوحة عادةً تمثّل جهاز الإدخال
• إضافة ملف خرج يمثّل المرحّل
• تعيين عناوين الإدخال/الإخراج لكلا الجهازين

ينفّذ برنامج السلم الناتج وظيفة تحكم بسيطة: فعند تفعيل المفتاح، ينشّط المرحّل.

تنزيل البرنامج إلى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة

بعد إكمال برنامج منطق السلم، انقله إلى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة باستخدام وظيفة تنزيل البرنامج.

يتضمن إجراء النقل ما يلي:

• تحديد وحدة التحكم
• اختيار «نقل البرنامج إلى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة»
• تأكيد منفذ الاتصال
• بدء عملية التنزيل

إذا اكتمل النقل بنجاح، فستبدأ وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة تنفيذ البرنامج الجديد فورًا.

الخطوات التالية في برمجة PLC

يوضح هذا المثال أبسط برنامج ممكن لمنطق السلم باستخدام وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة متصلة على التوالي. وفي أنظمة الأتمتة الصناعية العملية، تُنفَّذ عادةً وظائف إضافية، منها:

• معالجة الإشارات التناظرية
• تعليمات المؤقتات والعدادات
• اتصالات الشبكة
• مراقبة الإنذارات والأعطال
• تسجيل البيانات وتشخيص النظام

يتيح فهم هذه الميزات المتقدمة للمهندسين بناء أنظمة أتمتة موثوقة وقابلة للتوسع لتطبيقات التصنيع والتعبئة ومناولة المواد والتحكم في العمليات.

نبذة عن المؤلف

دانيال تشن مهندس أتمتة صناعية أول يتمتع بأكثر من 15 عامًا من الخبرة العملية في برمجة وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وأنظمة التحكم الصناعية، ومشروعات أتمتة المصانع. وقد صمّم حلول أتمتة وشغّلها تجريبيًا في قطاعات التصنيع والتعبئة ومناولة المواد.

تشمل خبرته التقنية تطوير منطق السلم، وتمديدات الأسلاك الميدانية، وبروتوكولات الاتصالات الصناعية، واستكشاف أعطال أنظمة التحكم القائمة على وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC). ويركز على أساليب هندسية عملية تحسّن موثوقية الأنظمة، وتبسّط أعمال الصيانة، وتدعم التشغيل الصناعي طويل الأمد.