Welcome to my blog, enjoy reading.

السبت، 3 أبريل، 2010

مقارنة سريعة بين المايكروبروسيسور و المايكروكونترولر و الـ PLC
نستعرض سويا مقارنة سريعة و ملخصة عن المايكروبروسيسور Microprocessor و المايكروكونترولر Microcontroller و الـ PLC!
1- المايكروبروسيسور Microprocessor:
يتألف المايكروبروسيسور من وحدة معالجة مركزية تدعى بـ CPU و هي اختصاراً لـ: Central Processing Unit. و من وحدتي الربط -التي تربط المعالج مع الوسط الخارجي- المنطقي و تدعى عادةً بـ Peripheral I/O Ports.كما يتواجد ذاكرة عشوائية صغيرة السعة RAM أما ذاكرة البرنامج فهي صغيرة جدا و قد صممت لحفظ جزئ صغير من البرنامج (و عادةً يكون جزء القراءة و الكتابة من و إلى EEPROM). كما يتم تخزين فيها بعض عناوين المعلومات المتوفرة في الذاكرة الخارجية EEPROM. لذلك فالمايكروبروسيسور بحاجة إلى ذاكرة مساعدة و هذا يقتضي أن تكون وحدتي الاتصال مؤلفة من جزئيين:
1- البيانات Data Lines: و هي مدخل البيانات التي يجب أن يتم إيصالها للمعالج ليقوم بمعالجتها. و لها 8 أو 16 أو 32 مدخل Pin على حسب نوع المعالج و قدرته أي 8 بت أو 16 بت أو 32 بت أما هذه البيانات تكون متوفرة عادة في الذاكرة المساعدة الخارجية.
2- العنوانين Address Lines: وهي مخرج من المعالج يرسل عليه عناوين المعلومات المتوفرة في الوسط الخارجي (الذاكرة المساعدة مثلا). فيقوم المعالج بوضع العنوان على شكل 8 أو 16 أو 32 بت و من ثم يقرأ المعلومة التي يحتاجها عن طريق مدخل البياناتData Lines.
و مثالا على بعض أصناف معالجات المايكروبروسيسور هو معالج 68000 من شركة Motorola و المعالج الشهير Z80.
الخلاصة: إن المايكروبروسيسور لا يمكنه أن يعمل مستقلاً بدون وجود بعض المساعدات مثل الذواكر مثلاً! و إذا ما نظرنا إلى دارة تحوي معالج مايكروبروسيسور فيمكننا أن نشاهد بالقرب من المعالج الذواكر المساعدة مثل ROM-EPROM-EEPROM. إذا فدرة المايكروبروسيسور هي الأكثر تعقيدا من المليكروكونترولير و الـ PLC.
2-المايكروكونترولر Microcontroller:
و هو عبارة عن مايكروبروسيسور تم تطويره بحيث تم وضع جميع المكونات التالية في شريحة واحدة مدمجة:
1- وحدة المعالجة المركزية Central Processing Unit CPU
2- ذاكرة مؤقتة (عشوائية) Read Access Memory RAM
3 - ذاكرة قابلة للقراءة و الكتابة كهربائية EEPROM
4- مداخل الربط المنطقية بين المعالج و الوسط الخارجي Peripheral I/O Units
يجب أن نذكر أن هناك بعض الحالات التي يتم استخدام ذاكرة إضافية للمعالج عندما تكون كمية المعلومات المراد تخزينها أكبر من سعة الذاكرة الداخلية للمعالج!
الخلاصة: المايكروكونترولر هو جيل جديد و مطور عن المايكروبروسيسور و أن جميع ملحقات المعالج تم وضعها في شريحة واحدة و من هنا فبناء دائرة تحوي مايكروكونترولر تكون بسيطة و صغيرة و ليست معقدة!
3- الـPLC:
الـ PLC هي اختصار لـ Programmable Logic Controller و هو بالنهاية عبارة عن دارة تحوي على معالج مايكروكونترولر مربوط إلى وحدات إدخال رقمية أو تشابهيه و وحدات خرج رقمية أو تشابهيه. فكل ما عليك فعله هو أن تقوم ببرمجة الـ PLC على حسب إشارات الدخل و الخرج التي تريدها و لكن بلغة تختلف من شركة لأخرى و بعض الشركات المتطورة تستخدم لغة FBD أي Function Block Diagram مثل شركة Vacon PLC.
الخلاصة: الـ PLC هو عبارة عن دارة معالج موصلة لمداخل و مخارج تناسب جميع التطبيقات General Purpose I/O Unit فهو مثلاً مجهز بدارة الاتصال التسلسلي و ريليات قيادة من أجل التيارات العالية (من 1 و حتى 10 أمبير)...الخ. ولذلك كل ما يجب علينا إتباعه هو أن نقوم بتوصيل مداخل و مخارج الـ PLC إلى الجهاز الذي نريد أن نتحكم به بعد برمجته طبعاً!
ما هو الP.L.C ( أو متحكمات المنطق القابلة للبرمجة) هو جهاز إلكتروني يستخدم في عمليات الأتمتة في الأنظمة الصناعية كالتحكم بآلية عمل خطوط الإنتاج في مصنع ما ، و على عكس أنظمة الكمبيوتر التقليدية فقد صمم ليلائم ظروفاً أكثر صعوبة من حيث مجالات تحمل درجات الحرارة والغبار والأتربة ومقاومتها لظروف التشويش الكهرطيسي وغيرها من ظروف الانضغاط والاهتزاز الميكانيكي . تتحكم بعمل هذه المتحكمات برامج مخزنة في ذواكر للقراءة فقط . وال PLC هو مثال هام لأنظمة الزمن الحقيقي Real Time Systems حيث يكون الخرج استجابة مباشرة لدخل معين خلال زمن محدد مدروس ، وإذا لم تتم هذه الاستجابة فذلك سيؤدي إلى أخطاء في عملية التحكم الموكلة إليه ، و لذلك ، صمم ببنية من الحاكمات الرقمية التسلسلية .
تطوره : لقد اخترع الـ PLC للوفاء بحاجات مصانع السيارات الأمريكية التي احتاجت وحدة للتحكم فريدة من نوعها ، وكانت تستخدم هذه المصانع قبل اختراعه أعداداً هائلة من المؤقتات والحاكمات ومتحكمات الحلقات المغلقة لإنجاز مهام التحكم و تتالي الأوامر الرقمية وحماية قيمها من التشويش ، ولكن التطور السنوي المصاحب للطرازات والنماذج المنتجة سنوياً جعل من عملية تطوير النظام الصناعي أمراً باهظاً ومضيعاً للوقت ، كما كانت تتطلب عملية إعادة تأهيل أنظمة الحاكمات لخبرات كهربائية مكثفة ودقيقة لكي تعيدها إلى وضعيتها المثلى في العمل ، وفي عام 1968 طرحت شركة جنرال موتورز طلباً لنظام يحل محل نظام الحاكمات المستخدم سابقاًَ والمسمى بـ Hard-Wired Relay System . إذن ، اخترع الـ PLC ليحل محل ذلك النظام المعقد من آلاف الحاكمات والمؤقتات ، وحينها ، أمكن لجهاز واحد من الـ PLC أن يبرمج ليأخذ مكان ذلك العتاد الضخم من الحاكمات و المؤقتات ، وقد تبنت هذا الجهاز مجموعات كبيرة من معامل تصنيع السيارات حيث تم استبدال عملية إعادة تأهيل الحاكمات ببرنامج يحمل دورياً لوحدات التحكم PLC في حال تطوير المنتج المصنع . واتخذ تطوير هذا الجهاز مناحي عدة على مر السنين ، حيث أصبح يلبي حاجات أكثر لعمليات التحكم المتتالي للحاكمات والحركات والمعالجات وأنظمة توزيع المهام والشبكات ، كما أن القدرات الفريدة لهذا الجهاز بتخزين البيانات و المعطيات ( وعمليات الأرشفة ) وبمعالجة الأوامر والعمليات وبالتواصل مع أكثر من وحدة وتناقل المعطيات معها جعلت منه منافساً حقيقياً للكمبيوتر ، ولكن المنافسة أخذت فيما بعد شكل صداقة وعلاقة ودية بعدما تمكن المصنعون أن يجعلوا منهما وحدة متكاملة لتراسل المعطيات والتحكم المتبادل لتحقيق نظام تحكم أمثل بالمنشأة الصناعية . كيف تختار جهاز الـ PLC الأفضل لمنشأتك الصناعية : 1 ) توافقيته مع الأجهزة التي تعمل في المنشأة ، حيث تكون بعض الأجهزة غير قابلة للتحكم بها عن طريق هذا الجهاز ، بينما يكون الآخر قادراً ولكن بحاجة لنوعية معينة من الـ PLC فتبقى عليك حينها مهمة البحث عن الجهاز الأفضل والأكثر توافقية . 2 ) ظروف وبيئة العمل التي سيوضع فيها الـ PLC ( درجات الحرارة ، التشويش الكهرطيسي ، الغبار و الأتربة ، الاهتزاز الميكانيكي ... الخ ) حيث تتفاوت الـ PLC في قدراتها على مقامة هذه الظروف تبعاً لأنماطها وتطبيقاتها . 3 ) عدد الأجهزة المراد التحكم بها عن طريق وحدة الـ PLC ، حيث تتفاوت كذلك الوحدات فيما بينها من حيث مداخل ومخارج المعطيات والتيارات المصاحبة لها وأنواعها ( مستمر أو متناوب ) . 4 ) الوظائف المراد إيعازها إلى الـ PLC حيث توفر الشركات المصنعة مزايا إضافية لكل نموذج تبعاً للوظائف التي ستوكل إليه ، مثل العدادات السريعة أو ساعات الزمن الحقيقي . ودراسة هذا الموضوع ضروري حيث ستكتشف أن المصنع قد يوفر لك نموذجاً يغنيك عن كيانٍ مستقل لم تأخذ في حسبانك أنك قد توفر ثمن شرائه بشرائك لمتحكم بميزة وظيفية إضافية . الـ HMI .. ما هي ؟ إن من أهم المتطلبات في نظام التحكم الصناعي هو القدرة الدائمة على التحكم بهذا النظام وإعطائه بيانات ومعلومات عن حالة النظام الذي يتحكم به عند الحاجة لذلك ، فمثلاً ، عند قيادة سيارة أو مركبة معينة يستخدم السائق المقود للتحكم بجهة العجلات ، وبالتالي جهة المركبة ، والمكابح و المبدل السرعة للتحكم بسرعتها ، ويقوم بعملية التحكم هذه من خلال النظر إلى الخارج من خلال الواجهة الزجاجية للسيارة ومؤشر السرعة : إذن ، يتكون الواجهة والمؤشر السرعة هي أدوات السائق لتحقيق تحكم أفضل بمهام المركبة . تسمى واجهة التحكم بالنظام الصناعي بالـ HMI أو Human Machine Interface ، وتوفر الشركات المصنعة مجموعات ضخمة من هذه الأجهزة لتعطي أكبر قدر من التحكم المباشر بين الفني المراقب لعمل المصنع ونظام التحكم . أنظمة سكادا SCADA Systems : إن واجهات التفاعل المباشر ما بين نظام التحكم و العنصر البشري تتطلب برمجيات فائقة في القدرة لتحقيق هذا الغرض و الملاءمة مع المزايا التي توفرها الواجهة ، وبالتالي : كان نظام SCADA نظاماً كمبيوترياً رائعاً لتحقيق الهدف ، حيث يتيح تحكماً كاملاً بجميع الوحدات الموصولة مع الـ PLC وذلك باستخدام جهاز كمبيوتر بعيد عن مكان التصنيع ، و الاسم اختصار لـ Supervisory Control and Data Acquisition أو نظام كسب المعطيات والتحكم التوجيهي . نرجو أن يكون الموضوع قد وفر لكم معلومات أولية عن أجهزة PLC التي شاع سيطها في أنظمة التحكم و الأتمتة الصناعية ، و هو مترجم عن محاضرة ألقيت في مركز العلوم التخصصي SSC للتعريف بهذا الجهاز .المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة : Programmable Logic Controller (PLC) :
لطالما سمعنا هذا الاسم قبلاً و كنا لا نعلم ما هو ، و ما هي ماهيته ، أهو شبيه بالمتحكم الصغري أم أنه شبيه بالحاسب الآلي ، و لكن ما أن رأيناه حتى زال ذلك الغموض الذي يلفه و في هذه السلسلة من المقالات سأحاول توضيح أهم النقاط التي توضح أجزاءه و مهامته و طرق استخدامه … و لكني لن أستخدم مرجعاً محدداً حالياً و إنما سأعتمد على المعلومات التي اكتسبتها من الدورات التدريبية .
و بدايةً أحب أن أعرفكم أن هذا المتحكم هو جهاز كهربائي الكتروني يحتوي على معالج و ذواكر يجعلناه قابلا للبرمجة و التخزين و يحوي على مداخل و مخارج تساعده على استقبال و إرسال مختلف أنواع الاشارات بهدف التحكم بالآلات و العمليات (الصناعية غالباً) و يتم وصل المفاتيح و الحساسات و المحركات و المضخات و المصابيح (و العديد من الأجهزة) على هذه المداخل و المخارج لماذا الـ PLC ؟؟؟
سؤال يوجّهه الجميع عندما يسمعون هذا الاسم لأول مرة … لماذا لا نستخدم الأجهزة المعتادة كالزالجات و المبدلات و القواطع و ما إلى هنالك من التجهيزات المستخدمة في دارات التحكم الكلاسيكية ؟
في بداية ظهور الـ (PLC) أي في أواخر الستينات من القرن الماضي لم تكن الأجوبة مقنعة لأن كلفة تصنيع المعالجات و الذواكر كانت كبيرة و غير دقيقة بشكل دائم أما الآن و للأسباب التي سنأتي على ذكرها فإن الفرق غدا و اضحاً و لا يحتاج إلى مقارنة ، و هذه الأسباب على سبيل الذكر لا الحصر تتلخص بالتالي :
· الحجم الصغير مقارنةً بدارات التحكم الكلاسيكية
· عند حدوث خطأ ما يمكن صيانته بسهولة أكبر بكثير لأننا لا نملك الكثير من التوصيلات و الأجهزة التي يجب تفقدها كما في الدارات الكلاسيكية
· في حال أردنا تغيير طريقة عمل النظام فإننا لا نحتاج إلى إعادة التوصيل أو بناء دارة جديدة إنما فقط برنامج جديد يوضع مكان البرنامج القديم بسهولة فائقة .
· في معظم التطبيقات (و خاصة الصناعية) فإن كلفة تركيب دارة تحكم تعتمد على الـ (PLC) هي أقل بكثير من الدارات الكلاسيكية و نلاحظ ذلك مع ازدياد حجم التطبيق ضخامةً و دقة .
· سهولة مراقبة النظام حيث أننا يمكن أن نكتشف العطل بمجرد النظر إلى الـ (PLC) .
· سهولة أكبر في بناء الدارات العملية و ذلك بسبب قلة العناصر كما ذكرنا سابقاً .
مع العلم أننا قد نرى بعض التطبيقات التي تبرز صفات ايجابية غير تلك الآنفة الذكر و لكن تختلف بحسب طبيعة و بيئة التطبيق نفسه .
أنواع أجهزة الـ (PLC) :
تقسم الـ (PLCs) إلى أربعة أجيال رئيسية و ذلك تبعاً لنوع الذواكر المستخدمة و كذلك المعالجات و طرق البرمجة المتبعة لتلقين المتحكم المنطقي القابل للبرمجة البرنامج المناسب للتطبيق .
و هناك ثلاثة تقسيمات أساسية يمكن أن نصنف أجهزة الـ (PLC) ضمنها وسنرفق مع كل نوع شكلاً توضيحياً له من إحدى منتجات شركة Siemens هي :
1. متحكمات مدمجة Compact : و هي الأكثر اقتصادية و الأقل كلفة و بالتالي الأقل تعقيداً و مقدرة على تنفيذ العمليات الصعبة و المعقدة و تكون عبارة عن كتلة واحدة لا تتجزأ تحتوي على عدد محدود المداخل و المخارج و المعالج و الذواكر .
2. متحكمات تركبيبة Modular : تعتبر أرقى أنواع الـ (PLC) و ذلك بسبب مرونتها الشديدة و قابليتها للتوسع بشكل كبير دون الحاجة للكثير من التعديلات على البنية الأساسية و تتميز بأنها تصل لأعداد كبيرة من المداخل و المخارج للـ (PLC) الواحد قد تصل إلى 130000 نقطة دخل – خرج حيث أنها تعتمد على مبدأ البطاقات أي أنه كلما أضفت بطاقات أكثر حصلت على حريات أكبر و امكانيات أكبر للمتحكم .
3. متحكمات هجينة Hybrid : و هي تركيبة هجينة بين النوعين السابقين ، تتميز بأن عدد المداخل و المخارج أكبر منه في الـ (Compact) و لكنها لا ترتقي لمستوى (Modular) من حيث الذواكر و عدد المداخل و المخارج و حتى التطبيقات التي يمكنها انجازها .
أما الشركات المصنعة للمتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة فهي كثيرة و على سبيل المثال لا الحصر نذكر منها : Siemens , Allen Bradly , LS , Koyo و Moeller .
و لكن تسمية (PLC) لن نستطيع إيجادها إلا على الأجهزة التي تنتجها شركة (Allen Bradly) لأنها أول من ابتكر هذا المصطلح لذلك فإن باقي الشركات تسوق لمنتجاتها تحت تسميات و فئات مختلفة و لكنها معروفة بشكل عام على أساس أنها (PLC) .
و لاستخدام الـ (PLC) و برمجته يجب أن يتوفر كحد أدنى : حاسب آلي و برمجية مخصصة للتعامل مع النوع المستخدم و كبل التوصل المستخدم لربط الـ (PLC) مع الحاسب الآلي و برمجته .
في العدد القادم من المجلة سنقدم إن شاء الله الحلقة الثانية من هذه السلسلة و سنتطرق فيها للمخطط الصندوقي لجهاز الـ (PLC) و لدورة عمله البرمجية و للغات البرمجة المستخدمة في برمجته .


المهندس وائل خربوطلي هندسة تحكم آلي
لطالما سمعنا هذا الاسم قبلاً و كنا لا نعلم ما هو، و ما هي ماهيته، أهو شبيه بالمتحكم الصغري أم أنه شبيه بالحاسب الآلي؟ و لكن ما أن رأيناه حتى زال ذلك الغموض الذي يلفه و في هذه السلسلة من المقالات سأحاول توضيح أهم النقاط التي توضح أجزاءه و مهامته و طرق استخدامه … و لكني لن أستخدم مرجعاً محدداً حالياً و إنما سأعتمد على المعلومات التي اكتسبتها من الدورات التدريبية .
و بدايةً أحب أن أعرفكم أن هذا المتحكم هو جهاز كهربائي الكتروني يحتوي على معالج و ذواكر يجعلناه قابلا للبرمجة و التخزين و يحوي على مداخل و مخارج تساعده على استقبال و إرسال مختلف أنواع الاشارات بهدف التحكم بالآلات و العمليات (الصناعية غالباً) و يتم وصل المفاتيح و الحساسات و المحركات و المضخات و المصابيح (و العديد من الأجهزة) على هذه المداخل و المخارج و فيما يلي بعض أشكال الـ (PLC) التابعة لشركة Siemens (الأشكال مأخوذة من النشرة الخاصة بـ Siemens) التي تعتبر أقوى شركات العالم في هذا المجال :
ماذا الـ PLC ؟؟؟
سؤال يوجّهه الجميع عندما يسمعون هذا الاسم لأول مرة … لماذا لا نستخدم الأجهزة المعتادة كالزالجات و المبدلات و القواطع و ما إلى هنالك من التجهيزات المستخدمة في دارات التحكم الكلاسيكية ؟
في بداية ظهور الـ (PLC) أي في أواخر الستينات من القرن الماضي لم تكن الأجوبة مقنعة لأن كلفة تصنيع المعالجات و الذواكر كانت كبيرة و غير دقيقة بشكل دائم أما الآن و للأسباب التي سنأتي على ذكرها فإن الفرق غدا و اضحاً و لا يحتاج إلى مقارنة ، و هذه الأسباب على سبيل الذكر لا الحصر
تتلخص بالتالي :
الحجم الصغير مقارنةً بدارات التحكم الكلاسيكية
عند حدوث خطأ ما يمكن صيانته بسهولة أكبر بكثير لأننا لا نملك الكثير من التوصيلات و الأجهزة التي يجب تفقدها كما في الدارات الكلاسيكية
في حال أردنا تغيير طريقة عمل النظام فإننا لا نحتاج إلى إعادة التوصيل أو بناء دارة جديدة إنما فقط برنامج جديد يوضع مكان البرنامج القديم بسهولة فائقة .
في معظم التطبيقات (و خاصة الصناعية) فإن كلفة تركيب دارة تحكم تعتمد على الـ (PLC) هي أقل بكثير من الدارات الكلاسيكية و نلاحظ ذلك مع ازدياد حجم التطبيق ضخامةً و دقة .
سهولة مراقبة النظام حيث أننا يمكن أن نكتشف العطل بمجرد النظر إلى الـ (PLC) .
سهولة أكبر في بناء الدارات العملية و ذلك بسبب قلة العناصر كما ذكرنا سابقاً .
مع العلم أننا قد نرى بعض التطبيقات التي تبرز صفات ايجابية غير تلك الآنفة الذكر و لكن تختلف بحسب طبيعة و بيئة التطبيق نفسه .
أنواع أجهزة الـ (PLC) :
تقسم الـ (PLCs) إلى أربعة أجيال رئيسية و ذلك تبعاً لنوع الذواكر المستخدمة و كذلك المعالجات و طرق البرمجة المتبعة لتلقين المتحكم المنطقي القابل للبرمجة البرنامج المناسب للتطبيق .
و هناك ثلاثة تقسيمات أساسية يمكن أن نصنف أجهزة الـ (PLC) ضمنها وسنرفق مع كل نوع شكلاً توضيحياً له من إحدى منتجات شركة Siemens هي :
1.متحكمات مدمجة Compact : و هي الأكثر اقتصادية و الأقل كلفة و بالتالي الأقل تعقيداً و مقدرة على تنفيذ العمليات الصعبة و المعقدة و تكون عبارة عن كتلة واحدة لا تتجزأ تحتوي على عدد محدود المداخل و المخارج و المعالج و الذواكر .
2.متحكمات تركبيبة Modular : تعتبر أرقى أنواع الـ (PLC) و ذلك بسبب مرونتها الشديدة و قابليتها للتوسع بشكل كبير دون الحاجة للكثير من التعديلات على البنية الأساسية و تتميز بأنها تصل لأعداد كبيرة من المداخل و المخارج للـ (PLC) الواحد قد تصل إلى 130000 نقطة دخل - خرج حيث أنها تعتمد على مبدأ البطاقات أي أنه كلما أضفت بطاقات أكثر حصلت على حريات أكبر و امكانيات أكبر للمتحكم .
3.متحكمات هجينة Hybrid : و هي تركيبة هجينة بين النوعين السابقين ، تتميز بأن عدد المداخل و المخارج أكبر منه في الـ (Compact) و لكنها لا ترتقي لمستوى (Modular) من حيث الذواكر و عدد المداخل و المخارج و حتى التطبيقات التي يمكنها انجازها .
أما الشركات المصنعة للمتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة فهي كثيرة و على سبيل المثال لا الحصر نذكر منها : Siemens , Allen Bradly , LS , Koyo و Moeller .
و لكن تسمية (PLC) لن نستطيع إيجادها إلا على الأجهزة التي تنتجها شركة (Allen Bradly) لأنها أول من ابتكر هذا المصطلح لذلك فإن باقي الشركات تسوق لمنتجاتها تحت تسميات و فئات مختلفة و لكنها معروفة بشكل عام على أساس أنها (PLC) .
و لاستخدام الـ (PLC) و برمجته يجب أن يتوفر كحد أدنى : حاسب آلي و برمجية مخصصة للتعامل مع النوع المستخدم و كبل التوصل المستخدم لربط الـ (PLC) مع الحاسب الآلي و برمجته .
في العدد القادم من المجلة سنقدم إن شاء الله الحلقة الثانية من هذه السلسلة و سنتطرق فيها للمخطط الصندوقي لجهاز الـ (PLC) و لدورة عمله البرمجية و للغات البرمجة المستخدمة في برمجته .

‏ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

اكتب تعليقك هنا