أتمتة العمليات- أنظمة التحكم-1 Process Automation System- Control System

أتمتة العمليات- أنظمة التحكم-1  Process Automation System- Control System

أنظمة التحكم المتقطعة Relay(discrete) control systems:

تشكل كلمة discrete في عالم الهندسة الشروط التي تكون نتيجتها أحد حالتين صحيح أم خاطئ True or False، لذلك يشكل التحكم المتقطع بمعنى آخر الجبر البولياني أو الشروط البوليانية والتي يتم تحقيقها من خلال البوابات المنطقية (AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR, XNOR).

يتم تنفيذ هذا النوع من التحكم من خلال الدارات والرليهات الالكتروميكانيكية أو من خلال المتحكمات القابلة للبرمجة.

تعتبر الريليه الالكتروميكانيكية مفتاح كهربائي يتم تشغيلها من خلال ملف كهرطيسي أبسط مفتاح للتبديل بين الحالتين ON/ OFF دون المرور بحالة وسيطة. وانطلاقا منها يمكن تنفيذ البوابات المنطقية للحصول على دارة التحكم المطلوبة.

تحتاج الريليه الالكتروميكانيكية الى تيار بسيط يمر عبر الملف والذي يشكل بدوره مغناطيس يعمل على تغيير حالة تماسات هذه الريليه (مفتوح الى مغلق وبالعكس) والتي من خلالها(التماسات) يمكن قيادة الحمل المطلوب.

يمكن من خلال أشكال الربط المختلفة للريليهات كما ذكرنا تشكيل الدارات المنطقية الأساسية المطلوبة والتي يتم تمثيلها عادة من خلال مخطط تسلسل كهربائي يسمى المخطط السلمي ladder diagram الذي يبين طريقة الربط بين مكونات دارة التحكم لتحقيق المطلوب. ضمن هذا المخطط يتم رسم خطين شاقولين يمثلان قطبي التغذية الكهربائية ودرجات افقية تصل بين الخطين الشاقولين تحوي الشروط المطلوبة لتشغيل ملف الريليه المطلوبة (تماسات الريليه، تماسات المفاتيح الكهربائية، إشارات حساسات...)

يبين الشكل السابق مثال عن المخطط السلمي والذي يتم فيه تشغيل زمور للإنذار عندما تتجاوز قيمة الضغط 50PSI. ضمن حالة العمل الطبيعية يكون تماس حساس الضغط مغلق والذي بدوره يعمل على تشغيل ملف الريليه (يتم تشغيل ملف الريليه نتيجة اكتمال التوصيل ومرور التيار بين L1, L2 ) ضمن الدرجة الثانية من المخطط السلمي تتغير حالة تماس الريليه(التماس المغلق يصلح مفتوح) وبالتالي يتم إطفاء الإنذار الضوئي، أما عندما تتجاوز قيمة الضغط قيمة الضبط يتم إطفاء الريليه وبالتالي تبقى حالة التماس كما هي ضمن الدرجة الثانية من المخطط السلمي والتي بدورها تعمل على تشغيل الإنذار الضوئي نتيجة اكتمال التوصيل ومرور التيار بين L1, L2.

منذ ستينيات القرن الماضي بدأ استخدام المتحكمات القابلة للبرمجة على حساب الريليهات الالكتروميكانية لتنفيذ البرنامج المنطقي المطلوب لتشغيل العملية التكنولوجية، سابقاً كانت الريليهات الالكتروميكانية تتصل مع بعضها لتنفيذ التسلسل المنطقي المطلوب وهذا أدى الى اتساع لوحة التحكم بشكل كبير مع تزايد التسلسل المنطقي المطلوب إضافة لذلك صعوبة القيام باي تعديل مطلوب عند الحاجة.

أدى دخول المتحكمات القابلة للبرمجة الى القيام بأي تعديل على العملية التكنولوجية بشكل برمجي وهذا ما ساعد كثيراً المهندسين على انجاز وتعديل التسلسل المنطقي المطلوب واختباره بشكل مباشر.

يمكن تحقيق وتمثيل المخطط المنطقي للدارة الكهربائية السابقة من خلال نظام تحكم الكتروني قابل للبرمجة يدعى PLC Programmable Logic Controllers المتحكم المنطقي القابل للبرمجة. ضمن المتحكم القابل للبرمجة يعمل المعالج الداخلي على تنفيذ التعليمات البرمجية المكتوبة ضمنه عادة بالشكل السلمي. الشكل التالي يبين مخطط التوصيل الخاص بالمتحكم القابل للبرمجة والبرنامج السلمي المكتوب ضمن المعالج.

كما هو واضح فان مفتاح الضغط موصول على المدخل I02 ومخرج الإنذار الضوئي على المخرج رقم Q01.

الشكل التالي يبين آلية تحقيق التوافق بين الإشارة الكهربائية الواردة من الحساس وقيمة الجهد المطلوبة لتفعيل مدخل المتحكم. كما هو واضح فان جهد التفعيل الواردة من الحساس هي 24VDC  والجهد المطلوب لتفعيل مدخل المتحكم هو 120VAC، لذلك تم استخدام الريليه لتحقيق المطلوب بحيث يتم توصيل مخرج الحساس على بوبين الريليه ومدخل المتحكم يتم توصيله من تماسات الريليه.

أما فيما يتعلق بآلية توصيل المخارج فان الجهد المدعوم من خرج هذا المتحكم هو24VDC أما الحمل المطلوب تشغيله هو 120VAC لذلك تم استخدام الريليه لهذا الهدف.

(الكونتاكتور هو ريليه الكتروميكانيكية يتم استخدامها لتشغيل أحمال كبيرة الاستطاعة)

 

المتحكمات القابلة للبرمجة Programmable Logic Controllers  PLC:

يمكن القول عموماً أن المتحكمات القابلة للبرمجة هي عبارة عن حواسب صناعية ذات أغراض وأهداف خاصة لكن لا يمكن القول إنها حواسب شخصية فهي لا تملك سواقة ولا مروحة ولا أي جزء متحرك وهذا معيار تصميمي دولي يساعد في زيادة مصداقية المكونات الصلبة وعملها ضمن البيئة الصناعية الصعبة من اهتزاز وضجيج وحرارة عالية وغبار.

 كل متحكم قابل للبرمجة يمكن أن يقسم الى ثلاثة أجزاء رئيسية: كروت الدخل-وحدة المعالجة-كروت الخرج. تعمل كروت الدخل على تحسس حالة الإشارات المتصلة بنظام التحكم بعدها تعمل وحدة المعالجة على اتخاذ القرار وفق البرنامج المنطقي المخزن ضمنه ثم كروت الخرج تعمل على تحديث حالة المخارج المتصلة معها. يعتبر المتحكم القابل للبرمجة مناسب للاستخدامات العامة حيث تسمح خاصية اعادة البرمجة على إمكانية كتابة البرنامج التحكمي المناسب للمستخدم وهذا ما يميز هذا الجهاز. يعتبر المتحكم المنطقي القابل للبرمجة الجهاز المناسب للاستخدام في البيئة الصناعية وبديلاً عمليا عن الريليه الالكتروميكانيكية التي تتعرض للأعطال بشكل متكرر وبالتالي وثوقية عالية وصيانة أقل بالإضافة لإمكانية التعديل بشكل سلس ومرن على برنامج العملية التكنولوجية دون الحاجة الى التعديل الفيزيائي الذي تحتاجه الريليهات الالكتروميانيكية، وخصوصاً أن اللغة البرمجية الأكثر استخدماً هي اللغة السلمية والمستقاه من المخطط السلمي الكهربائي، يمكن القول أن اللغة السلمية لا يمكن أن تغطي جميع العمليات البرمجية المطلوبة الا انها تؤدي الوظائف المطلوبة منها فيما يتعلق بمعالجة إشارات الدخل (مفاتيح يدوية، مفاتيح كهربائية، حساسات تماثلية تعطي إشارة 4-20ma، ثيرموكبل، ثيرميستور..) واشارات خرج (إنذارات، وريليهات، ملفات، إشارات خرج تماثلية للتحكم بمقدار فتحة صمام مثلا أو للتحكم بسرعة محرك من خلال وصلها مع درايفر محرك..). أصبحت المتحكمات الحديثة قادرة على معالجة مختلف أشكال إشارات الدخل والخرج وإنجاز معايرة وضبط متحكمات PID.

تقسم المتحكمات القابلة للبرمجة من حيث الشكل الى شكلين أساسيين، الأول المتحكمات الصغيرة والتي عادة يكون فيها المعالج ووحدة التغذية وموديولات الدخل والخرج متضمنة ضمن جهاز واحد وتكون محدودة بعدد المداخل والمخارج وتسمى Compact.

 أما الشكل الثاني تكون فيها موديولات الدخل والخرج والمعالج ووحدة التغذية ووحدات الاتصال كل منها منفصلة عن بعضها وتكون أكبر من النوع الأول وقابلة للتعديل بسهولة من حيث زيادة أعداد المداخل والمخارج وتسمى Modular.