تصميم وبناء وحدة السيطرة المبرمجة محدودة التطبيقات

Abstract

يهدف المشروع لبناء جهاز تحكم منطقي (PLC) Programmable Logic control باستخدام تقنيات المسيطر الدقيقMicrocontroller نوع PIC16F877Aذو تطبيقات متعددة تحددها البرمجة المحملة على ذاكرة المسيطر الدقيق وكذلك المواصفات الفنية للمكونات المادية كما واستفيد من إمكانية تصنيع الألواح المطبوعة داخل الشركة آنفاً باعتبارها احد المكونات الأساسية والمهمة في عملية تصنيع النماذج البحثية والإنتاجية . المفتاح : PLC, PIC Microcontroller

المقدمة يعتبر كثيرمن الناس بأن عمليات الأتمته التي طالت القطاع الصناعي ثورة صناعية ثانية لما لها من تأثير واضح ومهم في حجم الإنتاج ونوعيته . كما ان النمو والتطور الذي طال حقل المعالجات والبرمجيات كان له انعكاس ايجابي على عمليات الأتمته لدرجة أصبح من المتعذر إغفال أية خدمة أو تقنية من ولوج المعالجات والمسيطرات الدقيقة في تصنيعها مثل ساعات التنبيه والآلة الكاتبة والأفران المايكروية وأجهزة الاستنساخ وإشارات المرور وأنظمة الأمان والسيارات ......, وما منظومات التحكم المبرمج (PLC) إلا واحدة من أهم التطبيقات التي طالها غزو المعالجات الدقيقة , ولفترة طويلة بقيت تقنيات هذه المنظومات بمكوناتها المادية والبرمجية حكرا على عدة شركات وذلك لإغراض تجارية وما مشروع هذا البحث إلا محاولة جادة في استخدام إمكانات الشركة الذاتية والأسواق المحلية لبناء نموذج لتحكم منطقي مبرمج (PLC) بالاستفادة من خصائص المسيطر الدقيق نوع PIC) Peripheral Interface Controller) .

الجانب النظري ان جهاز التحكم المنطقي هو جـهاز الكتروني يستخـدم في عمليات الأتمته في الأنظمة الصناعية وقد صمم ليلائم ظروفا أكثر صعوبة والمتمثلة بظروف العمل الصناعي من أتربة وحرارة ومجالات كهرومغناطيسية و ( PLC) هو تطبيق فعلي وحي لأنظمة الزمن الحقيقي(Real Time Sys.),اذ تكون استجابة الخرج مباشرة لدخل معين خلال زمن محدد مسبقا ضمن برامج مخزونة في ذاكرة المتحكم المبرمج (PLC ) , كما في الشكل رقم (1) .

شكل رقم (1) المخطط الكتلي المتحكم المبرمج لقد ساهمت شركات صنع السيارات منذ عام 1968 بتصنيع وتطوير منظومات ( PLC) بما فيها توظيف تقنيات المعالجات الدقيقة ليحل محل أنظمة المتحكم السابقة (Hard Wired Relay Sys.) والتي كانت عبارة عن أنظمة معقدة مكونة من مئات المرحلات والموقتات . إن هذه النقلة النوعية ساهمت وبشكل كبير في تقليص الأعطال والخسائر وبالتالي النفقات المترتبة على ذلك إضافة إلى إمكانية تعديل وتحسين أداء المنظومة من خلال برامج يمكن تنصيبها بسهولة على ذاكرات (PLC) و كنتيجة طبيعية فان أي تطور يطال نظم المعالجات سينعكس بالضرورة على تطور أداء و كفاءة (PLC).

الجانب العملي إن خصائص وميزات المسيطر الدقيق نوع (PIC) تفتح المجال أمام إمكانية الاستفادة منه في تطبيقات المتحكم المبرمج وعادة ما يسمى هذا التشكيل (PIC – PLC) أو(PLC by PIC) و فيما يأتي أهم خطوات الجانب العملي:- 1- بعد تحديد المواصفات الفنية الدقيقة وخاصة للمواد الأساسية ُأُخذ بعوامل الكلفة والوفرة بالأسواق المحلية بنظر الاعتبار كونها عوامل إضافية مهمة في الاختيار لذا فقد ُأعتمد المسيطر الدقيق (PIC16 F 877A ) باعتباره يفي بكثير من المتطلبات العملية. 2- تصميم وتهيئة اللوح المطبوع بإمكانات الشركة الذاتية على أساس مخطط الدائرة الالكترونية الموضحة في الشكل رقم ( 2) . 3- التأكد من صحة عمل الجـهاز بعد تجـميع كل محـتوياته عن طريق كتابة برنامج صغير بلغة (Basic-Pro.) وتحويله إلى برنامج تنفيذي ثم خزنه على (PIC ) بواسطة مبرمجة خاصة وتركيب (PIC) في المكان المخصص له بالجهاز وتشغيله . 4- خزن البرنامج التنفيذي (Boot loader) على ( PIC) بنفس الأسلوب الموضح في خطوة رقم (3). Boot loader)) هو برنامج صغير يقوم بعد خزنه بتحديد وسيلة الاتصال مع (PIC ) وسرعتها و التأكد من وجود معلومات لإرسالها من الطرف الأخر حينذاك يقوم باستلامها وخزنها. إن هذه الخاصية تجعل من الممكن خزن البرامج التنفيذية (Hex) على (PIC ) باستخدام (USART) . بعد خزن (Boot loader) على (PIC) يمكن كتابة أي برنامج بلغة السلم (ladder) وخزنه على (PIC ) بعد تحويله إلى برنامج تنفيذي وتشغيل الدائرة . نموذج الجهاز (المنتج النهائي) الموضح في الملحق ( أ ) شكل رقم (3) يتمتع بالمواصفات التشغيلية الأساسية والملائمة لكثير من التطبيقات العامة وكما ياتي :- - 8 مداخل رقمية ( 8 digital inputs) . - 3 مداخل تماثلية 3 analogue inputs) ) . - مدخل (RS232) لقراءة أو لبرمجة (PLC ). - 8 مخارج لملامسات المرحلات بالمواصفات التالية : --240فولت متناوب, 7 أمبير. --24فولت مستمر, 15 أمبير.

شكل رقم (2) مخطط الدائرة الالكترونية

المناقشة والاستنتاج 1- لقد ثبت عمليا إن معظم التطبيقات الصناعية لاتحتاج إلى سرع عالية للمعالجات كما هو الحال مع (Microprocessors) ولذا فان المسيطرات الدقيقة (Microcontrollers) مناسبة جدا لأداء الوظائف المطلوبة وبهذا أمكن تقليل الكلف وتقليص القطع الالكترونية واستهلاك الطاقة . 2- ان المواصفات المذكورة لنموذج الجهازلاتعني بأنها الحدود القصوى لإمكانات هذا النوع من التقنيات والبرمجيات وإنما أختيرت لإظهار مدى طواعية هذه المنظومات وإمكانية توافقها مع حيز واسع وكبير من التطبيقات العملية .

التوصيات 1- اعتماد النموذج كوحدة تدريبية لمن يروم الدخول في برمجة وتطبيقات (PLC) باعتباره وحدة ذات خواص تشغيلية عامة . 2- اعتماد النموذج كوحدة فحص البرامج التشغيلية قبل تحميل البرنامج على المنظومات الفعلية كأجراء احترازي لاختبار البرنامج . المصادر 1- Microchip company, “PICmicro Mid-Range MCU Family Reference Manual”, Microchip Technology, 1997. 2- Microchip , “PIC16F87XA Data Sheet 28/40/44-Pin Enhanced Flash Microcontrollers”, Microchip Technology Inc., 2003. 3- Delta, “DVP-PLC Application Examples of Programming”, Delta.

ملحق ( أ ) صورة الجهاز