تعد أجهزة الإدخال مكونات مطلوبة في أنظمة التحكم خاصة عندما يتعلق الأمر بالأتمتة ، حيث تتطلب تطبيقات PLC أن تعرف أساسيات الأتمتة قبل أن تتمكن حتى من بدء برمجة PLC الخاص بك ، في هذه المقالة سنعرض لكم اهم اجهزة الادخال المتعلقة بالPLC (programmable logic controller) من مفاتيح و انواع الحساسات المستخدمة مع المتحكم المبرمج.إنه موجود في السيارات ووحدات تكييف الهواء ووحدات التدفئة وأنظمة الأمن والتصنيع وفحص الجودة وما إلى ذلك.
كيف تعمل اجهزةال PLC ؟
أولاً ، لنتحدث عن نوع النظام الذي هو النوع الوحيد المطبق على الأتمتة الا و هو أنظمة الحلقة المغلقة.
نظام حلقة مغلقة
نظام الحلقة المغلقة هو نوع من أنظمة التحكم حيث تتنوع المدخلات حسب التغذية الراجعة من المخرجات.على سبيل القياس ، سأستخدم مثالاً من منزلك.لنفترض أنك تريد تشغيل الأضواء عندما يمشي شخص ما أمام منزلك (بدا ذلك مخيفًا). ماذا كنت ستفعل؟ عليك التحقق بالخارج مما إذا كان هناك أشخاص حاضرين ، ثم قم بتشغيل أو إطفاء الأنوار وفقًا لذلك.
كيف أصبح ذلك نظام حلقة مغلقة؟
دعونا نلقي نظرة أعمق على ما حدث بالفعل. إذا كان هناك شخص يقف أمام منزلك ورأيته (إدخال) ، فسوف تقوم بتشغيل المفتاح (العملية).أدى تشغيل المفتاح إلى جعل مصابيح الإضاءة الخارجية تضيء (خرج).إذا هرب الشخص بعيدًا لأنك أخفته لسبب ما ، فسترى أنه لم يعد هناك أشخاص أمام منزلك (تعليق). لهذا السبب ، تقوم الآن بإطفاء الأنوار.
كيف يمكن تطبيق هذا على انواع الحساسات المستخدمة مع المتحكم المبرمج؟
تستخدم الأنظمة المؤتمتة أجهزة استشعار – وهي أجهزة تخرج إشارات كهربائية بناءً على الظروف البيئية. وعادة ما يتم وضعها كآلية للتغذية المرتدة.
في المثال السابق ، ما هي آلية التغذية الراجعة؟ حقيقة أنه لم يعد هناك أشخاص آخرون أمام منزلك.في هذه الحالة ، قد ترغب في استخدام جهاز استشعار يمكنه اكتشاف وجود الأشخاص أو الأشياء. بالنسبة لتطبيق PLC هذا ، يتم استخدام أجهزة الاستشعار فوق الصوتية على نطاق واسع.من خلال توصيل المستشعر والمصباح بـ PLC ، لديك الآن نظام آلي يؤدي نفس المهمة!
أجهزة الإدخال و انواع الحساسات المستخدمة مع المتحكم المبرمج الشائعة
في معظم تطبيقات PLC ، هناك عدد من المكونات التي عادة ما نراها.على سبيل المثال هناك أزرار ضغط ومفاتيح الاختيار ومفاتيح الحد.
- الأزرار الانضغاطية (push buttons)
الأزرار الانضغاطية هي الأزرار التي تراها عادةً أزرار START أو STOP في نظام التحكم PLC. تعمل إما عن طريق إجراء الاتصال (Make) أو عن طريق كسر جهة الاتصال (Break). ومن ثم ، يتم تقسيم الأزرار الانضغاطية إلى فئتين: عادة مفتوحةNO= Normally open أو مغلقة عادة .NC= Normally closed
- عادة مفتوحة (NO)
عادةً ما تقوم أزرار الضغط المفتوحة ، عند توصيلها بالدائرة ، بعمل دائرة مفتوحة.
في هذا السيناريو ، لا يمكن أن يتدفق التيار عبر المفتاح ، حيث لا توجد استمرارية كهربائية.سيؤدي الضغط على الزر إلى جعل جهات الاتصال المعدنية تتلامس مع بعضها البعض ، مما يؤدي إلى إغلاق الاتصال بين المحطتين المتصلتين وبالتالي السماح للتيار بالمرور.
- عادة مغلقة (NC)
عادةً ما تقوم أزرار الضغط المغلقة ، عند توصيلها بالدائرة ، بإغلاق المحطات المتصلة. في هذا السيناريو ، يمكن أن يتدفق التيار بالفعل من خلال المفتاح.هذا يعني أنه إذا قمت بتوصيل زر ضغط مغلق عادة بدائرة ، فستعمل الدائرة على الفور لأن هناك استمرارية كهربائية بالفعل.هذا يعني أن الضغط على الزر سيجعل ملامساته المعدنية تتلامس مع بعضها البعض ، مما يؤدي إلى إغلاق الاتصال بين المحطتين المتصلتين.
تحتوي هذه الأنواع من المفاتيح على كلا النوعين من المفاتيح المفتوحة عادةً والمغلقة عادةً في بناء واحد.عادةً ما يكون جانب واحد من المفتاح مغلقًا ويكون جانبًا واحدًا مفتوحًا بشكل طبيعي ، لذلك عند الضغط على زر ، ستكون جهة اتصال واحدة في وضع إيقاف التشغيل وواحدة ستكون في وضع التشغيل.ببساطة ، يقطع الآخر جهة الاتصال بينما يقوم الآخر بعمل ، ومن هنا يأتي الاسم.
- مفتاح الاختيار/ مفتاح السليكتور Selector Switch
لا تزال مفاتيح الاختيار عبارة عن مفاتيح يتم تشغيلها يدويًا ، ولكن بدلاً من أن تكون مفتوحة أو مغلقة بشكل طبيعي ، هناك أكثر من جهتي اتصال للاختيار من بينها.تم العثور على المثال المعتاد في المراوح الكهربائية ، حيث يمكنك تحديد الرقم الذي يحدد سرعة محرك المروحة.تحدد هذه العملية في الواقع حمولة متغيرة للمحرك من أجل التحكم في سرعته.
- مفاتيح الحد Limit Switches
مفاتيح الحد ، كما يوحي الاسم ، تغير الحالة عند الوصول إلى حد محدد مسبقًا. هذه مفيدة بالفعل في الأتمتة لأنه يمكنك تعيين حد (باستخدام مفتاح الحد) حيث تتوقف عملية معينة.هناك أيضًا أنواع مختلفة من مفاتيح التبديل التي تسمح لنا باختيار الكمية المادية للحد من تصميم نظام التحكم الخاص بنا.
مفتاح حد درجة الحرارة Temperature Limit Switch
يُطلق عليه أيضًا اسم Thermostat ، ويستخدم مفتاح حد درجة الحرارة للكشف عن تغيرات درجة الحرارة في نظامك.يمكن أيضًا أن تكون مفتوحة بشكل طبيعي ومغلقة بشكل طبيعي ، اعتمادًا على النوع المستخدم.هذا يفرض التطبيق الصناعي الفعلي الذي يمكن استخدامه فيه سواء كان ذلك لمنع ارتفاع درجة الحرارة ، أو حتى مجرد الحفاظ على درجة حرارة معينة للمواد.
مفتاح حد الضغط Pressure Limit Switch
تستخدم مفاتيح تبديل الضغط بشكل شائع في الحاويات حيث يكون ضغط السوائل أو الغازات أمرًا بالغ الأهمية.يغيرون حالتهم عندما يصل السائل أو الغاز في الخزان إلى ضغط مرتفع بدرجة كافية، يمكن أن تكون إما مفاتيح مفتوحة بشكل طبيعي أو مفاتيح مغلقة عادة.عندما يزداد الضغط داخل الخزان إلى حد كبير ، فإن الفرق بين الضغط الجوي والضغط الداخلي سيجعل السائل أو الغاز بداخله يحاول الهروب. يسمح لنا استخدام مفاتيح حد الضغط بمنع هذا السيناريو.
مفتاح حد المستوى Level Limit Switch
تُستخدم مفاتيح تبديل المستوى وهي أكثر شيوعًا تسمى مستشعرات المستوى ، للتحكم في ارتفاع السائل داخل الحاوية ، وعادةً ما يكون الخزان.يتم استخدامها بشكل شائع مع صمامات المدخل والمخرج في نظام التحكم في مستوى السائل ، أو في تطبيق التسخين والخلط.
المستشعرات
المستشعرات هي أجهزة تقيس الكمية المادية أو تكتشفها.في أتمتة PLC يجب أن يكون المستشعر عبارة عن محول طاقة يمكنه تحويل كمية مادية إلى كمية كهربائية.
من المهم معرفة أنه لا يوجد جهاز استشعار يناسب الجميع موجود في هذا العالم. كمهندسين ، علينا حل مشاكل أتمتة PLC باستخدام المجموعات الصحيحة من الأجهزة ويبدأ الأمر بكيفية مراقبة الظروف المادية في نظامك.من المهم أيضًا معرفة العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار أجهزة الاستشعار.
عوامل اختيار انواع الحساسات المستخدمة مع المتحكم المبرمج
دقة
يمكن تعريف الدقة على أنها القرب من القيمة الفعلية للمقياس. كمصمم ، ليس من العملي دائمًا اختيار مستشعر عالي الدقة.
تتمتع معظم أجهزة الاستشعار في السوق بالفعل بدقة معقولة حيث يمكنها تمثيل القيم الفعلية التي تقيسها تقريبًا.ومع ذلك ، لا تتطلب بعض تطبيقات أتمتة PLC مستوى عالٍ جدًا من الدقة حتى تعمل بشكل صحيح. على سبيل المثال ، إذا كان لديك منتج واحد فقط يزن 5 كجم ، فليس من المنطقي وضع مستشعر وزن أو مقياس ضغط يمكنه قياس دقة تصل إلى 0.0001 جرام.
مدى ديناميكي
هذا هو نطاق تشغيل المستشعر الخاص بك. إلى أي مدى يعتمد على التطبيق الذي تصمم من أجله.على سبيل المثال ، إذا كان عليك أن تأخذ قراءة درجة الحرارة من فرن التسخين ، فمن الضروري أن تستخدم المزدوجات الحرارية بدلاً من مستشعرات LM35 ، فقط لأن المزدوجات الحرارية يمكنها قياس درجات الحرارة المرتفعة للغاية.
وقت الاستجابة
وقت الاستجابة هو مقدار الوقت الذي يحتاجه المستشعر لتمثيل القيمة الفعلية التي يتم قياسها.مرة أخرى ، يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة لبعض تطبيقات أتمتة PLC ، وبالنسبة للبعض ، قد لا يكون بهذه الأهمية.
حساسية
في أبسط أشكالها ، تحدد الحساسية الحد الأدنى من التحفيز الذي يتطلبه المستشعر لإنتاج قراءة.إذا كنت ترغب في قراءة قراءة درجة حرارة 0.01 درجة تقريبًا في درجة حرارة الغرفة ، فقد لا تكفي المزدوجة الحرارية (بالعودة إلى المثال السابق) في هذا السيناريو كما يفعل LM35.
استقرار
هذه هي قدرة المستشعر على إنتاج نفس المخرجات عند إعطائه مستوى ثابتًا من الإدخال لفترة طويلة جدًا. على سبيل المثال ، إذا أردت قياس درجة حرارة الغرفة لمدة 365 يومًا في السنة باستخدام أتمتة PLC ، فأنت تريد جهاز استشعار مرتفع في هذا الصدد.
التكرار
إن قدرة المستشعر على إنتاج نفس قيمة الخرج لنفس قيمة المدخلات هي قابليته للتكرار.يمكن أن تختلف المقاييس من وقت لآخر أثناء أتمتة PLC ، ولكن يجب أن يكون المستشعر قادرًا على التكيف مع هذه التغييرات وفي نفس الوقت يعطي نتائج مماثلة لكل قيمة متكررة.ببساطة ، يجب أن يعطي المستشعر الناتج أ لكل قراءة أ ، والمخرج ب لكل قراءة ب.
مصداقية
تحدد موثوقية المستشعر احتمالية أن يوفر المستشعر قراءات دقيقة وقابلة للتكرار (بشكل أساسي ، الأداء الأمثل) في حالة عمل محددة مسبقًا لفترة محددة.إذا نظرت إلى أوراق بيانات المستشعر ، فسترى أنها تعطي ظروف تشغيل مصنفة حيث يعمل المستشعر بشكل خطي. هذه هي الظروف التي يكون فيها المستشعر موثوقًا به.
نوعان من أجهزة الاستشعار: التناظرية والمنفصلة
- المستشعرات التناظرية
هي الأجهزة التي تُخرج جهدًا خطيًا مستمرًا للتغير الذي يحدث في البيئة.يتم استخدامها على نطاق واسع في استشعار درجة الحرارة ، واستشعار المسافة ، واستشعار الإنارة ، واستشعار الضغط ، وبشكل أساسي في تطبيقات PLC حيث يتم تضمين وحدة قياس معينة دقيقة.
في أتمتة PLC ، تختلف المدخلات التناظرية المستخدمة عادةً من 20mA-0 أو 4-20mA أو 0-10V. وبالتالي ، قد يصبح الاستشعار أيضًا استشعارًا للتيار أو استشعارًا للجهد.ومع ذلك ، على الرغم من أن المستشعر تناظري ، إلا أن PLC لا يزال جهازًا رقميًا. هذا هو سبب استخدام محول A / D Analogique/Digital.
للمناقشة بإيجاز ، يتم أخذ عينات القيم التناظرية بشكل دوري بواسطة PLC. يحدث هذا عادةً من مائة إلى ألف مرة في الثانية (حقيقة: الإشارات الصوتية التناظرية عند الحد الأدنى يتم أخذ عينات منها عند 8000 عينة في الثانية حتى تكون أقل وضوح).ثم يتم تحويل هذه العينات إلى تمثيلات بت (عدد البتات التي تعتمد على تصميم PLC). هذا يسمى تكميم. لتصور ذلك بسهولة .
نظرًا لأن PLC يحتوي على وحدة المعالجة المركزية (CPU) ، فسوف يقوم بعد ذلك بمعالجة الإشارات الرقمية من أجل معالجة البيانات وتحويلها إلى نتيجة مكافئة في وحدة الإخراج.
- المستشعرات المنفصلة
من ناحية أخرى ، تنتج المستشعرات المنفصلة جهدًا عاليًا أو منخفضًا فقط. هذا مشتق من نظام الأرقام الثنائية حيث الأرقام الوحيدة الممكنة هي 0 و 1 والتي يمكن أن تمثل LOW و HIGH ، على التوالي.
الإشارات العالية ، على الرغم من تمثيلها كـ 1 حتى في بعض PLCs ، لا يتم تمثيلها بـ 1 Volt. تعمل PLCs عادة على 24 Volts DC.ما يعنيه هذا هو أن PLCs ستقرأ HIGH من جانب الإدخال فقط عندما يكون الجهد عند 24 Volts DC.
تحتوي هذه المستشعرات المنفصلة على دوائر تبديل داخلية تصنفها إما على أنها غرق (NPN) أو جهاز مصدر (PNP). بشكل أساسي ، يوفر PNP +24 V كمدخل ، ويوفر NPN -24V كمدخل. ومن ثم يجب أيضًا تصنيف وحدات الإدخال على أنها مصادر أو غرق.
أمثلة على انواع الحساسات المستخدمة مع المتحكم المبرمج
مستشعر القرب
عادةً ما تُستخدم مستشعرات القرب ، في أتمتة PLC ، في اكتشاف وجود أو عدم وجود كائنات مصنوعة من مواد مختلفة. يفعلون ذلك دون إجراء اتصال. في بعض الأحيان يطلق عليهم مفاتيح القرب لأن الناتج ثنائي ، مرتفع أو منخفض – تمامًا مثل المحول.
مستشعر القرب الاستقرائي
يتكون مستشعر القرب الحثي من جرح معدني حديدي مع موصل.عندما يتم وضع نهاية القلب المعدني بالقرب من جسم معدني حديدي آخر ، يتغير الحث الفعال للملف. تتم مراقبة هذا التغيير بواسطة دائرة أخرى في المستشعر والتي تقوم بعد ذلك بتنشيط مكون التبديل.في أتمتة PLC ، يشيع استخدام مستشعر القرب الحثي في عمليات تصنيع المعادن.
مستشعر القرب السعوي
يمتلك مستشعر القرب السعوي القدرة على اكتشاف الأجسام المعدنية وغير المعدنية. بشكل أساسي ، يتم فصل لوحين من المكثف ببعض المسافة. تحدد المسافة بين الصفيحتين السعة ، أو قدرتها على تخزين الطاقة لانخفاض جهد معين.
لاستغلال هذه الخاصية ، يحتوي مستشعر القرب السعوي على لوحة واحدة فقط ، واللوحة الأخرى الموازية لها ستكون الجسم الذي يتم استشعاره.نظرًا لأن الكائنات لها ثوابت عازلة مختلفة ، يتم اكتشاف الكائن عن طريق التغيير في السعة.لاحظ أن الكثير من الكائنات لها خصائص عازلة ، مما يجعلها مؤهلة للكشف في أتمتة PLC باستخدام مستشعر القرب السعوي.
مجسات كهروضوئية
تستخدم المستشعرات الكهروضوئية الصمام الثنائي الباعث للضوء كباعث ، وعادة ما تكون الترانزستورات الضوئية أو الصمامات الثنائية الضوئية في جانب المستقبل. بشكل أساسي ، عندما يصطدم الضوء (عادةً بالأشعة تحت الحمراء) من مؤشر LED لجهاز الاستقبال ، يغير المستشعر الحالة من LOW إلى HIGH.يمكن استخدام هذه المستشعرات بطرق إبداعية في أتمتة PLC لأن المستشعرات الكهروضوئية لها أوضاع تشغيل مختلفة.
مجسات بالموجات فوق الصوتية
تستخدم أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية الموجات الصوتية وانعكاسها من أجل الكشف عن وجود جسم ما. من الواضح أن الأشياء التي تمتص الصوت غير قادرة على اكتشافها بواسطة أجهزة الاستشعار فوق الصوتية.قد تعتقد أن هذا المستشعر قد يزعج من حوله بسبب الصوت المنبعث. لن يكون ذلك ممكنًا ، وسأشرح السبب.مصطلح ‘الموجات فوق الصوتية’ يعني أن التردد المستخدم أعلى مما يستطيع البشر سماعه.
في الأساس ، تتمتع أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية بتردد عالٍ بما يكفي لفك شفرتها من قبل البشر.تتراوح ترددات الصوت المسموعة فقط من 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز ، ولا يمكن تقليل هذا النطاق إلا بشكل طبيعي بسبب التقادم.هذا هو السبب في أن بعض كبار السن قد لا يتمكنون من سماع النغمات الجيبية عند 18 كيلو هرتز ولكن الأصغر منهم يستطيعون ذلك.
المحولات التفاضلية الخطية المتغيرة
يتم التحكم في هذه الأنواع من المحولات عن طريق إزاحة نواة حديدية بين اللفات الثانوية والأولية للمحول.عندما يتم توسيط القلب ، تصبح الفولتية للملفين الثانويين متساوية.
بشكل بديهي ، عندما يتحرك اللب لأعلى أو لأسفل للملفات ، يمكن أن يصبح الفرق بين الفولتية للملفين الثانويين أكثر إيجابية أو أكثر سالبة. على غرار مقياس الجهد ، يمكن أن تمثل هذه التغييرات في الفولتية الناتجة تغييرًا في المسافة.
في أتمتة PLC ، يتم استخدام المحول التفاضلي الخطي المتغير عند استخدام جهد تيار متردد ثابت لتمثيل التغيير في المسافة.
مجسات النزوح السعوي
تشترك مستشعرات الإزاحة السعوية في مبادئ مماثلة لمستشعر القرب السعوي.بشكل أساسي ، عندما يتم وضع الألواح المتوازية للمكثف في محاذاة تمامًا مع بعضها البعض ، تكون المنطقة الفعالة للمكثف في أقصى حد لها.
الآن ، عند تحريك جانب واحد دون تغيير المسافة بين الألواح ، على سبيل المثال حرك اللوح الآخر لأسفل أو لأعلى ، تتغير المنطقة الفعالة للمكثف.هذا يغير سعة المستشعر وبالتالي يمكنه تغيير الحد الأقصى للجهد الذي يمكن تخزينه في المكثف.ومع ذلك ، يجب إعادة تهيئة مستشعر الإزاحة السعوية أولاً قبل أن يصبح قابلاً للاستخدام في أتمتة PLC.
كيف يتم توصيل أجهزة الإدخال الأساسية PLC
أجهزة الإدخال PLC هذه ليست متصلة مباشرة فقط بـ PLC لأسباب محددة.من الناحية المنطقية ، ليس من المؤكد أن شخصًا ما سيقوم دائمًا بتوصيل جهاز مصنف بشكل صحيح لإدخال PLC.أيضًا ، قد يتم توصيل قطبية مختلفة لمدخل التيار المستمر بوحدة الإدخال / الإخراج الخاصة بـ PLC.لهذه الأسباب المحددة ، يتم الحفاظ على PLC آمنًا من خلال مبدأ يسمى المعزل البصري.
استنتاج
في أتمتة PLC ، تعد معرفة أجهزة الإدخال شرطًا أساسيًا مهمًا للغاية. إذا كنت قد قرأت حتى هذه النقطة ، فلديك الآن فكرة أساسية عن أجهزة الإدخال المختلفة وأنواع الحساسات المستخدمة مع المتحكم المبرمج PLC ، إلى جانب بعض الأمثلة. بالتأكيد ، هذه ليست الأجهزة الوحيدة التي يمكننا استخدامها ، حيث يوجد الكثير منها. أعتقد أنه بمجرد معرفة هذه الأشياء ، يمكنك زيادة عدد التصميمات التي يمكنك إنشاؤها باستخدام أنظمة أتمتة PLC.
مقالات مميزة:
