[محمد محمد الهند]

2- دارات التحكم بالمحركات Motor control circuits باستخدام جهاز التحكم المبرمج

في عمليات التحكم الصناعية المبرمجة لا تسمح دارة التحكم للمعدة بتغيير حالتها ( من توقف الى تشغيل والعكس ) إلا اذا توفرت بعض الشروط العملية وكمثال على ذلك : نظام التحكم في افران الاحتراق الكبيرة حيث يجب على دارة التحكم ان تتخذ قرارها مثل مفاتيح الكشف عن ضغط الوقود العالي او المنخفض ومفاتيح الكشف عن عمل مروحة التهوية وصلاحية مخارج العادم ووضع بوابة الفرن ...وغير ذلك
زكل اشارة من هذة الاجهزة تسمى بالتصريح permissive حيث توصل كلها على التوالي حتى يتحقق تمام الامان بعدم تشغيل المعدة الا بعد ان تصل اشارات التصريح من كل مفاتيح التحكم

شكل (26 )

توصيل مفاتيح الكشف والتحسس

في الدرجة العليا للمخطط السلمي شكل ( 26) توضع كل مفاتيح الامان على التوالي ، فاذا تحققت الشروط وأغلقت المفاتيح ، يشحن energize الملف CR1 ليغير من حالة التلامسين CR1 فيغلق التلامس الموجود في الدرجة الثانية ( فيضي المصباح الاخضر ) وبفتح التلامس في الدرجة السفلىCR2 (فيطفي اللون الاحمر ) وبالطبع فانة في الحياة العملية لايكفي ان نضئ مصباح ونطفئ آخر ولكن بدلا من ذلك (او مع ذلك ) نتحكم في صمامات ومحركات مثلا .

2-1 التحكم في اتجاة دوران محرك
احد تطبيقات دارات التحكم المنطقية Relay logic التحكم في اتجاة دوران محرك
حيث يوصل اثنان من تلامسات contactors المحرك MOTOR لتبديل الاقطاب Polarity (او لتبديل الطورPhase ) بينهما ، فعندما يتم شحن التلامس M1 (والذي يضم الثلاثة تماسات العليا ) يكون المحرك موصلا مباشرة بالاطوار A,B,C على الترتيب ،اما عندما يتم شحن التلامس M2 (والذي يضم الثلاثة تماسات السقلى) فان الاطوار A,B, يتم تبديلها فيعكس المحرك اتجاهه شكل (27)

شكل (27 )

الدارة الكهربائية للتحكم باتجاه دوران المحرك

وشكل ( 28) يبين دارة التحكم في كلا من التلامسين M1,M2

شكل (28 )

دارة التحكم

لاحظ ان التلامس المغلق طبيعيا (المسمىOL) وهو تلامس الحمل الحراري الزائد thermal overload contact والمتحكم في فتحة بواسطة سخان "heater" موصل على التوالي مع المحرك ، فاذا زادات حرارة السخان (نتيجة لزيادة التيار المار فيه ) فان التلامس OL يصبح مفتوحا ليوقف عمل المحرك ، والنظام السابق سيعمل بشكل جيد للتحكم في اتجاه المحرك مادام الزرين Forward و Reverse لم يضغطا معا (لان ذلك سيبب قصرا بين الطورين B,A) ، ويمكن علاج المشكلة بجعل احد الفرعين (الدرجتين في المخطط السلمي ) شكل (28 ) غير متاح عند استخدام الفرع ( الدرجة ) الآخر ، وتلك العملية تعرف بال interlocking وهي كما يوضح الشكل (29 )

شكل (29 )

دارة التحكم في المحرك بعد معالجة حالة القصر بين الطورين

عند شحن الملف M2 يفتح التلامس M2 فيصبح الاتجاة Forward غير متاح ، وعند شحن الملف M1 يفتح التلامس M1 فيصبح الاتجاة Reverse غير متاح


الدارة السابقة جيدة ولكنها لن تعمل إلا اذا كان احد الزرين Forward مضغوطا ( في وضع الاغلاق ) ولكن المحرك سيتوقف عندما سيرفع المستخدم اصبعة من على الزر ويعود الوز الى حالة الفتح (لو كان المفتاح من Pushbutton ، ولو اردنا للمحرك ان يعمل حتى بعد ان يرفع المستخدم يدة عن الدارة ويعود المفتاح لحالة الفتح فيمكننا فعل احد شيئيين .:
أ‌- استخدام مفاتيح مفصلية toggle switches بدلا من مفاتيح Pushbutton
ب‌- اجراء التعديل التالي على الدارة لتصبح كما هو موضح بالشكل ( 30)

شكل (30 )

دارة التحكم في المحرك بعد معالجة حالة التوقف عند رفع المستخدم يدة من الزر الانضغاطي

وفيها : اذا ضغطنا على الزر Forward فان الملف M1 سيشحن ولذلك نتيجتين :
أ‌- سيغلق التلامس M1 (الموجود بالدرجة الاولى في المخطط السلمي النقطة 4) (L1-4)حتى انة بعد رفع الزر Forward سيبقى التلامس M1 مغلقا مما سيبقي المحرك في وضع الدوران الامامي .
ب‌- سفتح التلامس M1 (الموجود في الدرجة الثانية من المخطط السلمي النقطة -25( (2-5)حتى يفصل الفرع السفلي Reverse لو كان متصلا.
فاذا ضغطنا على الزر Reverse فان الريلاي M2 سيشحن ولذلك نتيجتين :
أ‌- سيغلق التلامس M2 (L1-5) حتى انة بعد رفع الزر Reverse سيبقى التلامس M2 (L1-5) مغلقا مما سيبقي المحرك في وضع الدوران العكسي.
ب‌- سيفتح التلامس M2 (4-1) حتى يفصل الفرع العلوي Forward
وتسمى كل من الوصلات (L1-4)&(l1-5) بالماسك latch

وهنا تظهر مشكلة جديدة ، فكيف سنوقف المنحرك ، حيث انة في جميع الاحوال ( من خلال الدارة السابقة ) سيعمل في احد الاتجاهين .
سنوقف المحرك بالسماح للمستخدم بقطع التيار عن المحرك عن طريق زر stop شكل ( 31)

شكل (31 )

دارة التحكم في المحرك بعد معالجة حالة عدم التوقف باضافة الزر stop

والضغط على زر stop ( المغلق طبيعيا ) سنفصل التغذية عن الدارة فيزول الشحن de-energizing من الملفات المشحونة وتفتح التلامسات M1&M2 ويتوقف المحرك حتى بعد عودة الزر Stop الى وضع الاغلاق .
لننتقل الان الى مشكلة اكثر عملية في اطار التحكم بالمحرك ، ولنفرض ان محركنا الافتراضي يحمل حملا ذو عزم كبير (مثل مروحة هوائية كبيرة ) وان المستخدم قد ضغط على الزر stop فان ذلك سيفصل التغذية عن الدارة فيزيل الشحن de-energizing من الملفات المشحونة ويفتح التلامسات M1&M2 ولكن سيستمر المحرك في الدوران (بفعل القصور الذذاتي ).فماذا لو حاول المستخدم عكس اتجاه المحرك وهو لازال دائرأ


سيؤدي بلا شك في الاضرار بالمحرك ( وهو يحاول التغلب على عزم الدوران ) ، لذا فان علينا منع المستخدم من اجراء هذا التغيير في اتجاه الحركة حتى يتوقف المحرك ( او يخفف سرعته) وذلك بوضع ريليهات ذات تاخير زمني time-delay relay coils شكل ( 32)

شكل (32 )

دارة التحكم في المحرك بعد معالجة حالة دوران المحرك نتيجة القصور الذاتي باضافة ريليهات تاخير زمني

لو ان المحرك يعمل في الاتجاه الامامي Forward فان الملفات M1 وTD1 سيكونان مشحونان وبالتالي سيفتح المفتاح TD1 (الموجود بين 5و8) ، وعند الضغط على مفتاح التوقف Stop فان الملف TD1 سينتظر فترة زمنية قبل ان يعود للوضع الطبيعي له. وخلال تلك الفترة لن يستطيع المستخدم التحكم في عكس حركة اتجاه المحرك ( لان TD1 الموجود بين 5و8 سيكون لازال مفتوحا )

2-2 تشغيل و إيقاف محرك بإستخدام مفتاح ضغط زر (pushbutton) مفتوح طبيعياً NO و مفتاح ضغط زر (pushbutton) مغلق طبيعياً NC

شكل (33 )

تشغيل و إيقاف محرك بإستخدام مفتاح ضغط زر (pushbutton

يتم توصيل (NO start pushbutton) إلى المدخل I0.0 ويوصل (NC Stop pushbutton) إلى المدخل I0.1 و يوصل ملامس عنصر الحماية من الحمل الزائد المغلق طبيعياً ( NC overload relay contact) و الذي هو جزء من motor starter إلى المدخل I0.2
كل من المداخل ( I0.0- I0.1-I0.2) تشكل دائرةAND و تستخدم للتحكم في المخرج Q0.0 في الدرجة الأولى من السلم المنطقي. شكل (33)
الحالة المنطقية لبت (Bit) المدخل I0.1 هي منطق 1 (Logic 1) لأن المفتاح NC-Stop pushbutton مغلق ، و الحالة المنطقية لبت المدخل I0.2هي منطق 1 Logic 1 لأن ملامسات عنصر الوقاية من الحمل الزائد المغلقة طبيعياً في وضعية مغلق. المخرج Q0.0 يتم برمجته على نفس درجة السلم المنطقي حيث يتم عن طريق البرمجة إضافة ملامس مفتوح طبيعياً (NO-Contact) مرتبط بالمخرج Q0.0 وذلك لتكوين دائرة OR يتم توصيل الـMotor Starter بالمخرج Q0.0 في وحدة الخرج (Output module) شكل (34)

شكل (34 )

اضافة ملامس مفتوح طبيعيا مرتبط بالمحرج Q0.0

عندما يتم الضغط على زر Start pushbutton تستقبل وحدة الـCPU الأشارة المنطقية Logic 1 من المدخل I0.0 في وحدة الدخل. هذا يسبب للملامس I0.0 على السلم المنطقي ان يغلق. في هذه الحالة أصبحت جميع الملامسات على درجة السلم المنطقية لها الحالة المنطقية Logic 1 وبالتالي تكون الحالة المنطقية للمخرج Q0.0 على السلم المنطقي Logic 1 وبذلك تقوم وحدة الـCPU بأرسال الحالة Logic 1 إلى المخرج Q0.0 في وحدة الخرج حيث تقوم بتفعيل Motor Starter و بالتالي يشتغل المحرك. شكل (35)

شكل (35 )

الضغط على الملامس start

اثناء عملية المسح التالية (Next Scan ) فإن الملامس Q0.0 (Input Q0.0) المرتبط بالمخرج Q0.0 سوف يغلق و بالتالي فإن المخرج Q0.0 سيستمر في وضعية تشغيل حتى بعد تحرير مفتاح Start pushbutton لأنه لايزال هناك مسار من الحالة المنطقية Logic 1 بين طرفي السلم المنطقي.شكل (36)

شكل (36 )

تحرير الملامس start

سيستمر المحرك في حالة تشغيل حتى يتم الضغط على مفتاح Stop pushbutton و في هذه الحالة فإن الحالة المنطقية للمدخل I0.1 ستتحول إلى الحالة Logic 0 (False )الأمر الذي سيقطع مسار الحالة المنطقية Logic 1 بين طرفي السلم المنطقي فتصبح الحالة المنطقية للمخرج Q0.0فيالسلم المنطقي Logic 0 شكل (37)
وترسل وحدة الـCPU الأشارة المنطقيةLogic 0 للمخرج Q0.0 في وحدة الخرج عندها ستوقف المحرك عن العمل.

شكل (37 )

توقيف المحرك بالضغط على الملامس stop

عندما يتم تحرير مفتاح NC Stop pushbutton ستصبح الحالة المنطقية للمدخل I0.0 حقيقي True و سيبقى البرنامج جاهز شكل (38) حتى يتم ضغط مفتاح NO Start pushbutton مرة اخرى شكل (39).

شكل (38 )

تحرير الملامس stop

شكل (39 )

اعادة العملية للتحكم في المحرك

2-3 تشغيل و إيقاف محرك باستخدام مفتاح ضغط زر (pushbutton) مفتوح طبيعياً NO و مفتاح ضغط زر (pushbutton) مغلق طبيعياً NC مع إضافة مصابيح بيان ( Indicator Lights) لتبيين حالتي التشغيل و الإيقاف للمحرك.
شكل (40) نلاحظ انه سيتم توصيل مصباح بيان التشغيل بالمخرج Q0.1 و مصباح بيان الإيقاف سيوصل بالمخرج Q0.2

شكل ( 40)

إضافة مصابيح بيان ( Indicator Lights) لتبيين حالتي التشغيل و الإيقاف للمحرك.

يمكن من خلال السلم المنطقي ملاحظة أن الملامس المفتوح طبيعياً ( Input Q0.0) المرتبط بالمخرج Q0.0 موصل في الدرجة الثانية من السلم المنطقي إلى المخرج Q0.1 و الملامس المغلق طبيعياً المرتبط بالمخرج Q0.0 موصل في الدرجة الثالثة من السلم المنطقي إلى المخرج Q02.
في حالة الإيقاف المخرج Q0.0 يكون في حالة Off الملامس المفتوح طبيعياً (Input Q0.0) في الدرجة الثانية من السلم المنطقي يكون مفتوح و بذلك فإن مصباح بيان التشغيل الموصل إلى المخرج Q0.1 يكون في حالة Off. الملامس المغلق طبيعياً (Input Q0.0) في درجة السلم المنطقي الثالثة يكون مغلق و بالتالي فإن مصباح بيان الإيقاف الموصل بالمخرج Q0.2 يكون في حالة ON. شكل (41)

شكل (41 )

المخطط لدارة التحكم بعد إضافة مصابيح بيان

عند الضغط على زر Start pushbutton لحظياً تكون حالة المخرج Q0.0 المنطقية Logic1 حيثيتم تشغيل المحرك. الملامس المفتوح طبيعياً Q0.0 في الدرجة الثانية من السلم المنطقي يتحول إلى الحالة المنطقية Logic 1 ( Closed) وبالتالي فإن المخرج Q0.1 يقوم بإنارة مصباح بيان التشغيل. الملامس المغلق طبيعياً Q0.0 في الدرجة الثالثة من السلم المنطقي يتحول إلى الحالة المنطقية Logic 0 ( Open) وبالتالي فإن مصباح بيان الإيقاف الموصل بالمخرج Q0.2 سينطفئ.شكل (42)

شكل (42 )

الضغط على زر start

2-4 التحكم في مستوى الزيت داخل خزان يحتوي على زيت تزليق بواسطة عدد 2 مجسات.

يتم تعبئة هذا الخزان بواسطة مضخة و يتم التحكم في مستوى الزيت داخل الخزان بواسطة عدد 2 مجساتكما هو مبين في الشكل ( 43)

شكل (43 )

المخطط العملي لدارة التحكم في مستوى الزيت داخل خزان يحتوي على زيت تزليق بواسطة عدد 2 مجسات

المطلوب هو تشغيل المضخة لتعبئة الخزان حتى يصل مستوى الزيت إلى مجس المستوى العالي ( H-L ) حيث يتحول إلى الوضعية (ON). عند هذه النقطة يكون المطلوب هو إيقاف المضخة حتى ينزل مستوى الزيت تحت مجس المستوى المنخفض (L-L) حيث يطلب عند هذا المستوى تشغيل المضخة وهكذا تستمر العملية.
في هذا التدريب سنحتاج إلى عدد 2 مداخل( input) وهي المجسات ( sensors) وعدد 1 مخرج Output ( المضخة )
كلاً المداخلين سيكونان مجسات مستوى من النوع المقفل طبيعياً (Normally Closed Level Sensor ) NC عندما لا يكونان مغموران في السائل سيكونان في وضعية تشغيل ON و عندما يغمران بالسائل يكونان في وضعية إيقافOFF
بدايةً سنعطي لكل عناصر الدخل و الخرج عنوان. هذا سيمكن وحدة ألPLCمن معرفة أين تم توصيل هذه العناصر فيزيائياً

شكل (44 )

المخطط السلمي لدارة التحكم في مستوى الزيت داخل خزان يحتوي على زيت تزليق بواسطة عدد 2 مجسات

شكل (44) السابق يبين مخطط السلم المنطقي للعملية المطلوب التحكم فيها
العناوين موضحة في الجدول (7):

جدول(7)

جدول العناوين

Internal Utility Relay

Address

Output

Address

Inputs

Q0.0

Q0.1

Motor

I0.0

Low

I0.1

High

طريقة عمل البرنامج (عملية المسح) The Program Scan

1- عملية المسح الأولى Scan 1 شكل (45)
عندما يكون الخزان فارغ في هذه الحالة سيكون المجسين في وضعية تشغيل (ON) و بالتالي ستكون الحالة المنطقية للمدخل(Input- I0.0 ) حقيقي (True) و كذلك حالة المدخل (Input-I0.1) ستكون حقيقي True وتبعاً لذلك ستكون حالة المخرج Q0.0 حقيقي True

شكل (45 )

عملية المسح الاولى

2- عملية المسح الثانية Scan 2 شكل (46)
يتم تفعيل المدخل Q0.0 في كل من درجتي السلم المنطقي و بالتالي يتم تفعيل المخرج Q0.1 وبالتالي يتم تشغيل المحرك لتبدأ المضخة في ملء الخزان

شكل (46 )

عملية المسح الثانية

تتكرر عملية المسح عدة مرات مع بقاء الحالة المنطقية للمداخل و المخارج على نفس الحالة حتى يغمر السائل مجس المستوى المنخفض L-L حيث يتغير إلى وضعية الإيقاف Off و بالتالي تتغير حالة المدخل I0.0 إلى الحالة False إلا أنه بسبب وجود مسار من الحالة المنطقية حقيقي True بين عمودي السلم المنطقي فإنه يستمر تفعيل المخارج و تستمر المضخة في ملء الخزان شكل (47)

شكل ( 47)

استمرار عملية عمل المضخة

و تتكرر عملية المسح عدة مرات و تستمر المضخة في ملء الخزان حتى يغمر السائل مجس المستوى المرتفع H-L عندها سيتغير إلى وضعية التوقف Off و بالتالي تتغير الحالة المنطقية للمدخل I0.1 إلى الحالة False و بالتالي سوف لن يكون هناك مسار من الحالة المنطقية حقيقي True بين طرفي السلم المنطقي فتتحول الحالة المنطقية للمخارج إلى الحالة False و حيث أن الحالة المنطقية للمخرج Q0.1 أصبحت False فإنه تبعا لذلك يتوقف المحرك و تتوقف المضخة عن ضخ السائل إلى الخزان شكل (48)

شكل ( 48)

توقف المضخة عن العمل

تتكرر عملية المسح عدة مرات و يستمر سحب السائل من الخزان عن طريق فتحة التصريف حتى ينزل مستوى السائل تحت مجس المستوى العالي عندها يتحول إلى وضعية التشغيل ON و بالتالي تتغير الحالة المنطقية للمدخل Q0.1 إلى حقيقي True و بالرغم من هذا فإن المحرك لا يشتغل لأنه لا يوجد مسار مكتمل من الحالة المنطقية True بين طرفي السلم المنطقي شكل (49)

شكل ( 49)

استمرار توقف المضخة عن مل الخزان

يستمر مستوى السائل في الانخفاض مع بقاء المضخة متوقفة حتى ينزل مستوى السائل تحت مجس المستوى المنخفض L-L عندهايتحول إلى وضعية التشغيل ON وبالتالي تتحول الحالة المنطقية للمدخل I0.0 إلى الحالة True وبالتالي فإنه سيوجد مسار من الحالة المنطقية True بين طرفي السلم المنطقي الأمر الذي يؤدي إلى تفعيل المخارج كما سبق و بالتالي يشتغل المحرك و تبدأ المضخة في ملء الخزان و هكذا تتكرر نفس الخطوات السابقة شكل ( 50)

شكل (50 )

التحول مرة اخرى الى وضعية التشغيل

[محمد محمد الهند]

بسم الله
الصور والاشكال موجودة في الملفات المرفقة على الرابط
http://www.qariya.com/vb/showthread.php?t=20198

[الشبرتي]

شكرا لك يا سيدي الفاضل
ولكن الصور لم تظهر لي