تصميم منظومة سيطرة كهربائية متكاملة - المنطق والتشغيل - ان شاء الله

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

كما وعدتكم بتقديم تصميم منظومة سيطرة متكاملة لجزء من مصنع خطوة خطوة ... ابدأ معكم بالخطوات تباعا إن شاء الله ..وأسال الله العظيم رب العرش الكريم إن يمكنني لإكمال الموضوع ..وان يوفقني لطرحه كما تتوقعون مني أو أكثر ..

في البداية أود القول أن تصميم منظومة سيطرة ممكن بعدة طرق وكلها قد تؤدي لنفس النتيجة مثلا طريقة دراسة المنظومة واختيار نوع الPLC وطريقة إدخال الإشارات ووضع دوال الحماية وغيرها من الأمور تتم بعدة طرق .. ولكن لكل طريقة ميزاتها التي تفضلها عن غيرها.

هنا أقدم لكم اسلوبي في العمل الذي تعلمته من الخبرة العملية البسيطة و ما استفدته من متابعة مواقع شركات الأتمتة أو منتديات الأتمتة كهذا المنتدى ...بارك الله في أعضاءه جميعا

ولا ادعي أن هذا الأسلوب هو الأسلوب المثالي أبدا ..

الخطوات الرئيسية المطلوبة لتنفيذ منظومة سيطرة هي ثلاث :

1- دراسة المنظومة
2- تنفيذ المنظومة وفحصها
3- تشغيل المنظومة وتجاوز الأعطال

كل خطوة من هذه الخطوات يندرج تحتها عدد من الإجراءات كما سنرى إن شاء الله

نبدأ على بركة الله....

الخطوة الأولى : دراسة المنظومة المراد السيطرة عليها

هذا هو الجزء المهم... هنا نفهم عمل المنظومة ونقوم باختيار نوع المتحكم وطريقة التحكم وتحديد حجم العمل وبالتالي تقدير الكلفة الكلية للعمل بالإضافة إلى الوقت المستغرق لانجاز العمل ..

من الناحية الإدارية ..الكلفة والوقت المستغرق هما العاملان الأكثر تأثيرا في قبول الدراسات المقدمة ..
ولكي نجذب انتباه المدراء إلى الأسباب التي دعتنا إلى الاختيار يجب طرح هذه الأسباب مع الدراسة ..

فيمكن لمنظومة أن تتكون من قطع منطقية مثل LOGO! مثلا بعدد من المعالجات وعمل ارتباط بينهم وإكمال السيطرة ..ويمكن لنفس المنظومة أن تكتمل بوحدات DCS... فيجب ذكر الأسباب عند تقديم الدراسة ..

في هذا الجزء أيضا تكمن (مخافة الله)... عليك أخي أن تخلص لله في تقديم العرض الذي تراه مناسبا لأنك صاحب الخبرة وأنت من تتعامل مع الآلات كل يوم ..وتعرف حق المعرفة ما هي الأشياء التي يجب أخذها بنظر الاعتبار ..أما السادة الجالسين خلف مناضدهم فانا والله احترم عملهم ولكنهم بعيدين عن واقع عملنا لذا فإننا مسئولون أمام الله على تقديم الأمثل.

...............

الإجراءات المطلوبة في هذه الخطوة...

1- فهم فلسفة عمل الآلة أو الآلات.
2- معرفة الأمور المطلوبة من منظومة السيطرة.
3- دراسة العوامل المؤثرة الأخرى.

ثم بناءا على ما سبق يتم:

4- تقدير حجم منظومة السيطرة
5- تحديد نوع منظومة السيطرة

.................
.....................

فهم فلسفة العمل

هنا نقوم بدراسة عمل الأجهزة أو الآلات المراد التحكم بها..

في منظومتنا:

في معامل صناعة الاسمنت التي تستخدم الطريقة الرطبة تكون سلسلة العمليات كما في الصورة

الجزء الذي نريد التحكم به هو جزء طاحونة المواد الأولية..

عند دراسة المنظومة يجب في البداية معرفة بداية العمل للمنظومة ونهايته..

إما أن نبدأ في فهم آلية العمل أو فلسفة العمل من البداية أو من النهاية ..وهذا الأمر يعتمد على المصمم بالدرجة الأولى وكذلك على عمل الآلة..

في منظومتنا بداية عمل المنظومة هو سحب قطع الحجر Limestone من كسارة الحجر ونهاية العمل بدفع المعجون المتكون إلى مخازن مزج المعجون mixer ..

عمل المنظومة من الدخول إلى الخروج

في البداية تتم عملية سحب الحجر من مخازن الحجر المكسّر عن طريق القاشطة المبينة في الصورة
..

ثم يمر الحجر المكسّر بعدة نواقل هي :
الناقل تحت القاشطة وهو يمتد بطول مخزن الحجر المكسر ...

الناقل الصاعد يستلم الحجر من الناقل تحت القاشطة ويصعد بالحجر إلى أعلى خزان الحجر العمودي ..

الناقل تحت الخزان وهو ناقل معدني ليتحمل ثقل المواد في الخزان ..

الناقل الأخير ينقل المواد من الناقل المعدني إلى فم الطاحونة..

انتهت مرحلة نقل الحجر المكسّر الى الطاحونة ولكن ...

هل كمية الحجر الداخلة أو المنقولة ثابتة أم متغيرة ..ما هي العوامل التي يتم التغير خلالها؟؟؟

كمية الحجر الداخلة إلى الطاحونة متغيرة ..عن طريق تغيير سرعة الناقل المعدني تحت خزان الحجر العمودي ..

هل القاشطة لها دور في كمية المواد .؟؟.

أكيد... عن طريق المشغل وليس عن طريق السيطرة الكهربائية .. فكلما زاد عمق المواد المجروفة زادت المواد المنقولة ..يتم ذلك بإنزال الذراع القاشط..
ولكن القاشطة تؤثر على كمية المواد في الخزان العمودي ..فلا تدخل في حسابات السيطرة النوعية على المواد المنقولة..

على التوازي مع هذه المرحلة تجري مرحلة نقل الطين إلى الطاحونة ..

هذه المرحلة تتكون من مضخات تنقل الطين من أسفل خزان الطين إلى حوض في منطقة مرتفعة ثم عن طريق ناعور يتم نقل الطين إلى أنبوب ويدخل إلى فم الطاحونة ..

أيضا السؤال الذي يتبادر إلى الذهن هو هل كمية الطين ثابتة أم متغيرة .. طبعا متغيرة ويتم التغيير عن طريق تغيير سرعة الناعور..

المرحلة الأخرى التي تجري على التوازي هي مرحلة نقل المياه إلى فم الطاحونة...

أيضا عن طريق مضخات تحت خزان المياه ثم بوابة من خلالها يتم التحكم بكمية الماء الداخل.

إذا ..دراسة فلسفة الإدخال إلى الطاحونة قد اكتملت ..

خلاصة الإدخال إلى جسم الطاحونة:

الدخول لثلاث مواد هي الحجر المكسر .. الطين النقي .. المياه الصناعية .

دخول الحجر عن طريق سلسة نواقل . احدها بسرعة متغيرة للتحكم بالكمية..

دخول الطين عن طريق مضخات و ناعور متغير السرعة ..

دخول الماء عن طريق مضخات وبوابة متغيرة الفتحة....

المرحلة الأخرى في سلسة العمليات هي طحن الحجر ومزجه بالماء والطين ..

ويتم ذلك عن طريق تدوير جسم الطاحونة الذي يحوي بداخله كرات حديدية صلبة ..وهذه هي صورة جسم الطاحونة...

لتدوير الطاحونة لدينا محرك بقدرة 2200KW و يعمل على فولتية 6600v وهو من نوع الحلقات الانزلاقية .. حيث تستخدم ثلاث مراحل من المقاومات التي تربط على التوالي مع الجزء الدوار في بداية التشغيل وذلك لتقليل الحمل على خط التجهيز عن بدء التشغيل ..
بعد التشغيل تخرج المقاومات تباعا من العمل ..

وأيضا هناك محرك مساعد في حالة التدوير أثناء الصيانة أو عند انقطاع التيار الكهربائي

وهنالك بالتأكيد صندوق تروس لتحمل هكذا حمل ميكانيكي ..

جسم الطاحونة نفسه نحتاج لتثبيته الى حوامل Bearing وهذه الحوامل تحتاج الى منظومة تزييت للتبريد.. فالحرارة الناتجة عن الاحتكاك عالية جدا...

إذا فلسفة عمل جسم الطاحونة كالآتي ..

يتم تدوير جسم الطاحونة عن طريق محرك و صندوق تروس وهذا الجسم يكون مثبت على الأرض بحوامل خاصة..

تتولد حرارة عالية عند الاحتكاك فنحتاج إلى منظومة تزييت للتبريد..

كذلك نحتاج إلى منظومة تزييت لصندوق التروس ..

ونحتاج إلى معرفة حرارة حوامل المحرك وصندوق التروس وحوامل البيرنكات الخاصة بالجسم..

المرحلة الأخرى في سلسة العمليات هي نقل المعجون الخارج من جسم الطاحونة ..

أولا في نهاية الطاحونة أو عند الخروج هنالك هزاز يقوم بتحريك شبكة حديدية بدقة خاصة لترشيح المواد الخارجة من الطاحونة

ثم تمر المواد بمجرى انسيابي إلى خزان أولي في هذا المجرى يتم قياس لزوجة المعجون الخارج من الطاحونة ..

من المخزن الأولي ينقل المعجون إلى المخازن الخاصة عن طريق مضخات ..

المخازن النهائية للمعجون عبارة عن حوضين يتم فيهما مزج المعجون بصورة دائمة لحمايته من التيبس ..
و أيضا هناك أنابيب تحت المخازن تقوم بنقل الهواء من ضاغطات خاصة إلى أسفل المعجون لنفس السبب..

في هذه المرحلة ينتهي دور طاحونة المواد الأولية في معمل اسمنت يعمل على الطريقة الرطبة...

أكملنا فهم عمل المنظومة .. وهذا الإجراء هو الخطوة الأولى التي على أساسها نبني منظومتنا .. وكل تصميم لا يبدأ بهذا الإجراء وهو دراسة فلسفة العمل ..يواجه صعوبات في المراحل اللاحقة..

الإجراء الآخر هو ما هي الأمور المطلوبة من المنظومة....

هذه المرحلة يحددها المستفيد من المنظومة وهو صاحب العمل حيث يذكر ذلك إما في المناقصة أو الإعلان أو يخبرك شفويا بالذي يريده من المنظومة ..

• السيطرة الآلية كليا أم جزيئا أم السيطرة اليدوية ..
• كيفية التعامل مع المنظومة ..أزرار ومصابيح .. حاسبة أم شاشات سيطرةHMI
• هل هنالك نوع محدد من منظومات السيطرة يرغب في التعامل معه
• ما هي إمكانيات الإضافة المستقبلية أو التوسع في المنظومة.
• هل هنالك أمور يجب الالتزام بها أم التصميم من جديد..حسب ما يراه الصمم مناسبا..
وغير ذلك من الأمور..

في منظومتنا ترغب الجهة المستفيدة أن يكون

• التحكم عن طريق حاسبة Runtime
• أسلوب العمل متوافق مع الأسلوب الموجود أصلا ..من ناحية علاقات التشغيل والأمور الأخرى..متوافق لا تعني مشابه ..
• إمكانية الإضافة والتغير مستقبلا ..
• إمكانية التطور للمنظومة وتصليح الأعطال أثناء اشتغال المنظومة

هذه الأمور التي يجب أخذها بنظر الاعتبار عند اختيار نوع منظومة السيطرة كما سيأتي إن شاء الله...

المرحلة التالية في عملية الدراسة هي معرفة العوامل المؤثرة الأخرى..

وهذا الأمر لا يمكن أن يتم بصورة مثالية أبدا..دائما أثناء التنفيذ تظهر بعض العوامل المؤثرة التي لم يتم أخذها في الحسبان ..

ولكن العوامل المؤثرة بصورة عامة هي:

• نظام السيطرة موجود أصلا ومطلوب تحديثه أم هي منظومة جديدة كليا.
• ما هي حالة المعدات الكهربائية مثل المتحسسات وغيرها في موقع العمل ..حديثة , قديمة , قابلة للتبديل أم لا يوجد لها نظير في الأسواق المحلية, حاكمة في العمل ,أم يمكن الاستغناء عنها..
• طريقة التشغيل القديمة وعلاقتها في المنظومة الحديثة أو طريقة السيطرة المطلوبة للمنظومة الجديدة ..مثلا تحتاج إلى PID أو Fuzzy أم هي مجرد دوال خطية.

لنتكلم هذه العوامل في منظومتنا....

كما لاحظتم في الصور فان المنظومة موجودة أصلا وهي في العمل ولكن نظام السيطرة والتشغيل فيها قديم ومتضرر لذا اقتضى التطوير إلى نظام حديث مكافئ .. الصور التالية توضح جزء من لوحات السيطرة الكهربائية للمنظومة..

حالة الكثير من لوحات السيطرة والتوصيل متضررة ..والكثير من الإشارات تم تجهلها في المنظومة الموجودة ..
صورة لأحد مواقع التوصيل – بالقرب من مضخات دفع الطين

أما نظام التشغيل القديم فيتم عن طريق غرفة سيطرة تحتوي لوحة أزرار مع لوحة دلالة mimic board مبينة في الصورة التالية:

أما عن أسلوب التشغيل فلا يحتوي أي من الدوال الرياضية المعقدة بل هو أسلوب علاقات وتسلسل فقط Interlock and Sequence Process ..والأجهزة المستخدمة جميعها من النوع المألوف في الأسواق و مبدأ عملها بسيط ...

الآن أصبحت الفكرة ناضجة ويمكن إكمال الدراسة بسهولة وتحديد الفقرات المهمة والتي هي تقدير حجم المنظومة واختيار نوعها

تقدير حجم المنظومة وعدد إشارات الإدخال والإخراج

من الأمور المهمة والتي يجب أن يتعلمها المختص في السيطرة الصناعية تقدير عدد الإدخالات و الاخراجات للنظام .. وبالتالي تقدير حجم المنظومة

سوف نأخذ بعض الوقت في بيان هذا الأمر..

أولا علينا معرفة ما هي الإشارة الحقيقية والإشارة البرمجية..

الإشارة الحقيقية هي الإشارة التي تخبرنا بحالة واقعة فيزيائيا مثل مفتاح محدد Limit switch أو زر تشغيل ON Push button وغيرها..

الإشارة البرمجية هي الإشارة التي نحتاجها لإكمال البرمجة ولا وجود لها في ارض الواقع مثل إشارة المؤقت timer contact ..

لنأخذ أولا دائرة تشغيل محرك بسيطة ..

تنقسم إي منظومة كهربائية إلى منظومة قدرة Power ومنظومة سيطرة Control .

في منظومة القدرة يتم توصيل القدرة الكهربائية .. إي الطريق الذي يسلكه التيار الفعلي المستخدم للتشغيل ...
نلاحظ أن طريق القدرة الكهربائية المغذية للمحرك تحتوي قاطع دورة لإيقاف عمل المحرك نهائيا عند الرغبة كما في حالات الصيانة وكذلك يحتوي قاطع الدورة في كثير من الأحيان على افر لود داخلي .
أيضا هنالك حماية تيار مفرط overload لقطع دورة التيار عن المحرك عند تجاوز حد معين..
وأخيرا الحاكمة التي يتم من خلالها تشغيل المحرك..

ومنظومة السيطرة يتم من خلالها التحكم بدائرة القدرة السابقة عن طريق التحكم بفتح وغلق الحاكمة ..بالإضافة إلى اخذ إشارات السيركت والأوفر لود ..

الصورة السابقة هي الطريقة التقليدية في السيطرة وهي تعتمد على مسار التيار الحقيقي وتسمى بال hardwire.

لتشغيل الحاكمة فإننا نحتاج إلى زر تشغيل ولإيقاف الحاكمة نحتاج زر توقف ..لحماية المحرك نظيف موصل إضافي Auxiliary contact من قاطع الدورة وكذلك من الاوفرلود..
ولكي يستمر المحرك في العمل بعد رفع اليد عن زر التشغيل نحتاج إلى إكمال الدورة عن طريق الحاكمة نفسها أيضا بموصل إضافي Auxiliary contact

الجدول التالي يوضح حساب الإشارات

الاشارة ادخال اخراج
قاطع الدورة 1 0
حماية التيار المفرط 1 0
اشتغال الحاكمة 1 0
زر التشغيل اليدوي 1 0
زر الايقاف اليدوي 1 0
تشغيل الحاكمة 0 1
المجموع 5 1

قبل إن نستمر فلنتوقف لحظة لفهم ما هو الموصل الإضافي وكيف يستخدم Auxiliary contact..

المفروض في قاطع الدورة أن يحتوي على ثلاث ملامسات لتوصيل أطوار الفولتية الثلاثة ..ولكن يحتوي قاطع الدورة على ملامسات إضافية تكون عادة صغيرة الحجم وتتحمل تيار قليل .. تربط لكي تعطي حالة قاطع الدورة C.B لدائرة السيطرة وقد تكون هذه الملامسات من نوع الفاتح أو الغالقN.C N.O لاحظ الصورة :

هذه الملامسات موجودة أيضا في الحاكمة و الافرلود ..يستفاد منها في دائرة السيطرة .مثلا عند فصل قاطع الدورة لا يمكن تشغيل الحاكمة..أرجو أن يكون الأمر واضح..

فلنستمر في تحليل الدوائر ..

الآن لو كان المحرك السابق يتم تشغيله بطريقين الأولى من الأزرار الموقعية بالقرب من المحرك والطريقة الثانية من غرفة السيطرة...

هل زادت إشارات الإدخال بمقدار اثنين .. هذا الأمر غير صحيح ..لماذا ؟؟

نحن قلنا عند دراسة الأمور المطلوبة من المنظومة أن المطلوب تشغيل المنظومة عن طريق الحاسبة.... وبالتالي أزرار غرفة السيطرة تتحول إلى أزرار في شاشة الحاسوب أي تتحول إشارة التشغيل وإشارة الإيقاف من غرفة السيطرة إلى إشارات برمجية لا تدخل في حسابات حجم المنظومة ..بل وجودها يكون في البرنامج فقط..

إذا فالجدول السابق نفسه يبين لنا عدد الإشارات المطلوبة لتشغيل وإيقاف محرك

في حالة المحرك ذو الاتجاهين فإننا نحتاج إلى حاكمة أخرى .وتوجد حالتين للتشغيل ..
إما أن يكون التشغيل أثناء كبس الزر فقط وبالتالي تصبح الإشارات

الاشارة إدخال إخراج
قاطع الدورة 1 0
حماية التيار المفرط 1 0
اشتغال جاكمة _1 1 0
اشتغال حاكمة _2 1 0
زر التشغيل اليدوي _1 1 0
زر التشغيل اليدوي _2 1 0
تشغيل احاكمة _1 0 1
تشغيل الحاكمة _2 0 1
المجموع 6 2

أو أن يستمر المحرك بالعمل بأحد الاتجاهين عن طريق مفتاح اختيار فتكون الإشارات

الاشارة
ادخال
اخراج
قاطع الدورة
1
0
حماية التيار المفرط
1
0
اشتغال حاكمة _1
1
0
اشتغال حاكمة _2
1
0
اختيار المسار
1
0
زر التشغيل اليدوي
1
0
زر الايقاف اليدوي
1
0
تشغيل الحاكمة _1
0
1
تشغيل الحاكمة _2
0
1
المجموع
7
2

قبل أن نبدأ في حساب إشارات منظومتنا فلنأخذ فكرة عن الفرق في الربط بين منظومة ال PLC وبين المنظومات التي تستخدم الريليات hardwire بالنظر الى هذه الصورة

وسيتم شرح ذلك بالتفصيل إن شاء الله عند الحديث عن تنفيذ المنظومة..

الآن فلنحاول تقدير عدد أشارات المنظومة ..

لدينا محرك ناقل تحت القاشطة يعمل باتجاه واحد إذا خمسة إشارات إدخال وواحدة للإخراج .. محرك الناقل الصاعد أيضا بنفس الطريقة ..وهكذا

المحرك نوع المحرك العدد إدخال إخراج
الناقل تحت القاشطة اتجاه واحد 1 5 1
الناقل الصاعد اتجاه واحد 1 5 1
الناقل المعدني زيادة ونقصان 1 6 2
الناقل الى فم الطاحونة اتجاه واحد 1 5 1
مضخات الطين اتجاه واحد 2 10 2
الناعور زيادة ونقصان 1 6 2
مضخات الماء اتجاه واحد 3 15 3
مضخات زيت صندوق التروس اتجاه واحد 2 10 2
مضخات زيت حوامل الطاحونة اتجاه واحد 4 20 4
المحرك المساعد اتجاه واحد 1 5 1
الهزاز اتجاه واحد 1 5 1
مضخات دفع المعجون اتجاه واحد 3 15 3
107 23

كنظرة أولية لدينا 107 إشارة إدخال و 23إشارة إخراج ..كمعدل وللمحركات فقط ..

الآن لنعود إلى محرك الناقل العدني..هذا المحرك تتغير سرعته عن طريق سيرفو ..في حين أن المحرك نفسه بسرعة ثابتة وباتجاه واحد إذا علينا أن نضيف محرك تدوير المعدني .. ونفس الأمر ينطبق على محرك ناعور الطين..أصبحت إشارات المحركات 117 إدخال و24 إخراج ..من النوع الرقمي digital i/o...

المفروض أن لدينا عدد من المحددات Limit switch في المنظومة مثل محدد نهاية سرعة الناعور العليا والدنيا ..وغيره ..ولدينا أيضا بعض الأزرار للتوقف الاضطراري .فلنقل ان مجموع الإشارات تقريبا 150 إشارة إدخال..

القاشطة ومخازن المزج لم تدخل في الحسابات بناءا على رغبة صاحب العمل .. وسوف ينصب PLC S7_200 للقاشطة.

يجب إضافة 20-30 % تقريبا إلى كل من الإدخال والإخراج لأسباب عديدة ..منها حسابات التطور المستقبلي و تجاوز هامش الخطأ في الدراسة وغيرها ..

فتصبح الإشارات الرقمية في المنظومة هي 180 إدخال و28 إخراج ..

إما الإشارات التناظرية Analog Signal فهي ...

إشارات الحرارة الخاصة بحوامل الطاحونة وصندوق التروس ..وإشارة سرعة الناقل المعدني و الناعور.. 12 إشارات حرارة للحوامل مع 12 إشارات لصندوق التروس وإشارتين لمقاومة 10كيلواوم..

في موقع العمل هنالك كارتات تحويل من إشارة حرارة إلى نظام 4-20 mA وكذلك تحويل إشارة المقاومة إلى نفس النظام ..فالمطلوب إشارات 4-20 mA..العدد 28

إشارات الإخراج التناظرية معدومة في هذه المنظومة..

أكملنا تقدير عدد إشارات الإدخال والإخراج ..

وصلنا الآن إلى الخطوة الأخيرة في دراسة المنظومة وهي اختيار منظومة السيطرة..

أكيد بعد التفاصيل التي ذكرناها سوف نختار منظومة سيطرة عن طريق الحاكمات المنطقيةPLC ..

فلا يمكن أن نختار منظومة سيطرة تعمل بالريليات لقدم هذه المنظومات وكلفتها العالية وصعوبة التعامل معها ..و المنظومة ليست بالتعقيد الذي يجهلها تستحق أن يسيطر عليها بنظام ال DCS.

ولكن كيف نختار نوع الحاكمات المنطقية PLC التي سنستخدمها ..

هنالك عدد من العوامل التي يجب أخذها بنظر الاعتبار عند اختيار نوع ال PLC تجاريا وفنيا ..

من الناحية الفنية .. عدد أشارات الإدخال والإخراج.. نوع التغذية الكهربائية المتوفرة .. طريقة نصب المنظومة وظروف الاتصال..حقيبة البرامج التي تؤمن معطيات المنظومة.. وغير ذلك ..

من الناحية التجارية أو الإدارية .. ما هي الأنواع الأكثر تداولا في الأسواق .. ما هي الأنواع الأكثر سهولة في التعامل ..ما هي الأنواع التي توفر دعم ما بعد الشراء في البلد.. ما هي الشركات التي تملك وكلاء في البلد..

كل هذا يكون بعد السؤال عن التالي :

هل هنالك نوع محدد مطلوب من صاحب العمل؟

هل هنالك منظومات حديثة منصوبة في موقع العمل؟

فإذا كان صاحب العمل يرغب بالتعامل مع نوع محدد فيجب الالتزام بذلك .. ولكن مكن إعطاءه بعض الملاحظات التي تراها مناسبة .

أما إذا لم يُحدد نوع المنظومة .. ولكن هنالك منظومة منصوبة فعلا في موقع العمل..فتكون الأولوية لهذا النوع إذا كان يفي بمتطلبات المنظومة لعدد أسباب منها:

• المواد الاحتياطية في المخازن تكون موحدة وبالتالي قلة كلفة المواد الاحتياطية.
• سهولة الاتصال بين المنظومات ..غالبا.
• توحيد خرائط العمل على نفس النسخة وبالتالي سهولة التوثيق.
• تدريب العاملين ..يكون لمنظومة واحدة فقط.

في منظومتنا ..
مصدر الفولتية المتوفر هو 220فولت 50 هيرتز .. ويجب أن تتقبل المنظومة نظام SCADA للعمل مع إمكانيات البرمجة وتصليح الأعطال أثناء العمل ..هذه العوامل يجب أخذها بنظر الاعتبار .

ولكن ..
هنالك منظومة منصوبة فعلا وشغالة وأدت وضيفتها على أكمل وجه في مرحلة الفرن الدوار..وهي منظومة كونتروللوجكس من الن برادلي Controllogix .

هذه المنظومة تفي بالمتطلبات أعلاه بالإضافة إلى وجود كادر من المهندسين والفنيين المدربين عليها ووجود رصيد مخزني للمواد الاحتياطية مما يؤهلها لن تكون هي المنظومة ذات العرض الأنسب..

وأيضا هنالك تنافس في السوق لتجهيز هذا النوع .. مما يسمح بالحصول على عرض سعر مناسب..

نضيف إلى الدراسة التالي ..

لوحات القدرة والسيطرة موجودة في محطة واحدة .. فيمكن استخدام إشارات ال24 V لإدخال الإشارات من لوحات القدرة لجميع المحركات ..

بعض أزرار التشغيل تكون في أماكن بعيدة وتحتوي على أتربة كثيرة فيفضل استخدام إشارات ال 220Vلتجاوز التوصيل الرديء bad contact .

إذا يمكن تقديم دراسة المواصفات الفنية العامة للمنظومة بالشكل التالي

المنظومة المقترحة هي Controllogix من شركة Allen Bradly وتحوي على الإشارات التالية:

1- 176 إشارة إدخال رقمي.منها 16 تعمل على 220VAC .
2- 32 إشارة إخراج عبر نقطة ريلي.
3- 32 إشارة إدخال تناظرية عامة .
4- وحدة اتصال عبر الايثرنت.

مع أخذ الاعتبارات التالية:

1- منظومة السيطرة تكون متوافقة كليا مع المنظومة المنصوبة في المعمل , بالتالي تكون ذات جودة اقتصادية عالية من حيث تبادل القطع وتدريب العاملين وغير ذلك.
2- عمل اتصال بين المنظومتين وعليه يمكن تجنب إي عطل في معالجات إي من المنظومتين مع الاستمرار بالعملية الإنتاجية لحين تصليح العطل دون الحاجة إلى توقف الإنتاج.
3- إمكانية الإضافة والتطوير مستقبلا.

لاحظ انه تم تعديل عدد الإشارات على ضوء مواصفات كارتات الشركة ..وحدات الإدخال تشمل إما 32 أو 16 إدخال في حين أن الإخراج يشمل 16 نقطة والإشارات التناظرية كذلك 16 إشارة .

أكملنا الخطوة الأولى من تصميمنا وهي الدراسة العامة للمنظومة .. سوف ننتقل قريبا إن شاء الله إلى تنفيذ المنظومة ..

هذا الموضوع مغلق وأنا في انتظار ملاحظاتكم ومشاركاتكم على الرابط
https://hassanheha.yoo7.com/montada-f143/topic-t5286.htm

في حالة إضافة اي فقرة الى دراسة المنظومة فسوف نضيفها هنا إن شاء الله..
حتى لا يتشتت الموضوع ..

بعد إكمال الدراسة .. ننتقل الى

تنفيذ منظومة سيطرة كهربائية متكاملة من حيث خرائط التسليك والبرنامج المنطقي والبرنامج التشغيلي

التنفيذ هو الجزء الأصعب والأكثر جهدا في عملية بناء منظومة كهربائية..

وهو العملية الأكثر استهلاكا للوقت ..حيث يضم تنفيذ المنظومة عدد كبير من الإجراء التي تكون منفصلة عن بعضها أو متداخلة مع بعضها .. وتقدير هذه الإجراءات يختلف حسب الشخص المنفذ وكذلك حسب المنظومة نفسها من حيث الحجم والنوع والمطلوب منها..

ولكن بصورة عامة لتنفيذ منظومة سيطرة عن طريق الPLC نقوم بعمل التالي:-

بعد تحديد نوع المنظومة المستخدمة بناءا على ما سبق ذكره في الحديث عن إعداد الدراسة.يترتب علينا:

من الناحية الفيزيائية Hardware :-
تحديد نوع القطع المستخدمة.
دراسة طريقة توصيل القطع المستخدمة .
تحديد القطع اللازمة الأخرى لإتمام العمل.
إعداد الخرائط اللازمة.
تجميع القطع مع بعضها وتسليك التوصيلات الكهربائية.

من الناحية البرمجية Software:-

اختيار البرامج اللازمة والمناسبة.
تحديد أسلوب البرمجة.
تحرير البرنامج المنطقي
تحرير برنامج التشغيل HMI
عمل الارتباطات اللازمة للتشغيل
تنزيل البرامج وتشغيلها إن أمكن.

بعض الإجراءات يمكن أن تنفذ على التوازي .. فيمكن تشكيل فريق عمل من عدد من الأشخاص وتكليف كل شخص أو مجموعة أشخاص بعمل محدد ..

وهنالك إجراءات لا يمكن البدء بها إلا بعد انتهاء الإجراء السابق..

سنتحدث اليوم عن تحديد القطع وشرائها

نعود لمنظومتنا ........

قلنا أن الاختيار وقع على المتحكمات المنطقية PLC نوع كونتروللوجكس Controllogix من شركة الن برادلي Allen Bradly..

ما هي هذه المنظومة وما ميزاتها و مواصفاتها..؟؟
.
هذه المنظومة تعتبر من جيل متحكمات الأتمتة المُبرمجة أو القابلة للبرمجة( Programmable Automation Controllers PAC)

وهذا الجيل أكثر تطورا من ال PLC من حيث:-

تقنية البناء المندمجة مع بنية الحاسبة PC
قابلة التنفيذ لأنواع مختلفة من أنواع السيطرة بمجموعة عمل وبرمجة واحدة.
إمكانية إعادة ترتيب والتنقل بين التطبيقات باستخدام تقنية الوحدات المفتوحة (open modular architecture ) .

و منظومة الكونتروللوجكس تعتبر من المنظومات المتميزة بأدائها السريع ..بالإضافة إلى الأمور الأخرى .. وقد بينا الأسباب التي دعتنا إلى الاختيار لهذه المنظومة ..

حسنا .. ما هي القطع التي نستخدمها في العمل ..!!!

أفضل ما يمكن عمله في أي منظومة هو تصفح الموقع الرسمي للشركة المراد شراء منتجاتها..حيث تبنى الفكرة الكاملة لمواصفات القطع المتوفرة وبالتالي يمكننا الاختيار بينها..

موقع شركة ألن برادلي هو http://www.ab.com

والذي يهمنا هو قسم المسيطرات المنطقية programmable controller ..

الصورة التالية توضح الموقع وكيفية الدخول إلى قسم المسيطرات المنطقية...

بعد الدخول إلى القسم من القائمة على اليسار اختار Programmable automation Controllers PAC ثم تذهب إلى Controllogix system .

فتنسدل لك القائمة الخاصة بالنظام كما في الصورة

يمكننا التنقل بين هذه الخيارات كما في الصورة ......

Overview او نظرة عامة
Controller - المعالجات
Applications - التطبيقات
Software - حقيبة البرامج
I/O وتعني الإدخال والإخراج
Catalog information الكاتلوكات... أدخل هنا...
Literature وتعني المادة المطبوعة أو مجموعة ما كتب عن المنظومة.

ولكي لا نأخذ مزيدا من الوقت في بيان كيفية التنقل بين معلومات الموقع وتحقيق الاستفادة منه ..فهذا ليس موضوعنا ..فنكتفي بهذا القدر ونعود إلى جوهر الموضوع ..

لنتعرف أولا على قطع المعالجات وأنواعها ..ثم نختار ما يناسبنا..

هذه هي ميزات المعالجات القياسية في الكونترولوجكس من الموقع

وهذا الملف يبين المواصفات العاملة لكل أنواع معالجات نظام الكونتروللوجكس .

http://www.4shared.com/document/nGrwCQ2I/1756-td001_-en-e.html

قلنا أن السبب في اختيارنا لمنظومة الكونتروللوجكس هو وجود منظومة مشابهة في موقع العمل .المنظومة المنصوبة تضم معالج من نوع 1756-L62..فهل نحن ملزمين باختيار نفس المعالج...؟؟

العامل الذي يحدد هذا الأمر هو هل أن اختيار معالج آخر يعطينا نفس الميزات التي اوضحناها في إعداد الدراسة من حيث إمكانية تبادل القطع والرصيد المخزني للمواد الاحتياطية الواحد .

نلاحظ انه لا فرق بين ميزات المعالجات كما في الصورة السابقة ولكن الفرق يكمن في حجم الذاكرة فقط كما نلاحظ..

فلو استخدمنا معالج آخر لن يتأثر أي جزء من المنظومة والعامل الوحيد هو حجم البرنامج..ولكن عند دراسة الواقع تبين أن حجم البرنامج الموجود أصلا في الموقع هو اقل من 1 ميكا وبالتالي يمكن استخدام جميع الأنواع دون تحفظ ..
يمكن أصلا استبدال المعالج الموجود في منظومة الفرن المنصبة ب L61 ذو الذاكرة 2MB .
إذا تبقى الأسباب التي دعتنا إلى اختيار المنظومة نفسها ..فعالة...في حالة اختيار المعالج 1756-L61 ..أو غيره

وهذا الأمر يعطينا مرونة عند الشراء في حالة فقدان قطعة من السوق يمكن الاستعاضة عنها ..طبعا بعد اخذ فرق السعر في الحسبان.

أذا لدينا خيارين للمعالج إما 1756-L62 أو 1756-L61 .

وهذا الأمر سنحدده لاحقا عند الشراء بعد اختيار باقي القطع وتحديد الكلفة الإجمالية ومقارنة الموجود في السوق...

الآن ننتقل إلى إشارات الإدخال والإخراج ...

أولا لنتكلم عن الوحدات الرقمية..Digital I/O Modules

وهي تشمل
وحدات الإدخال الرقمي ذو التيار المتناوب
وحدات الإخراج الرقمي ذو التيار المتناوب
وحدات الإدخال الرقمي ذو التيار المستمر
وحدات الإخراج الرقمي ذو التيار المستمر
وحدات الإخراج الطرفية

لنبدأ أولا في الإدخال ..

هنالك عدد كبير من وحدات (module) الإدخال وبفولتيات مختلفة ..

بصورة عامة تقسم إلى وحدات تيار مستمر DC input modules و وحدات تيار متناوب AC input modules كما مبين في الصورتين من موقع الن برادلي.

وهذا ملف pdf يشمل جميع قطع الإدخال والإخراج وكيفية ربطها مع مواصفاتها..وهو ملف مهم جدا لجميع من يتعامل مع الكونتروللوجكس.وهو أيضا من موقع الشركة وقمت بإعادة تحميله على ال4shared.

http://www.4shared.com/document/qPeh07Y4/1756-td002_-en-e.html

ألآلات التي نرغب في السيطرة عليها تمتد إلى مناطق متربة مثل النواقل المطاطية وأيضا تحتوي على اهتزاز كبير كما في الناقل المعدني ..

وبالتالي فان استخدام إشارات ال DC بقيمة 24 فولت قد يسبب مشاكل في فقدان الإشارة نتيجة رداءة التوصيل bad contact .

عليه يفضل استخدام ال AC input في هذه المناطق..

ولكن باقي الإشارات والتي تعتمد على دائرة القدرة كإشارة قاطع الدورة وإشارة الحاكمة موجودة في نفس المحطة التي ستضم وحدات ال PLC وعليه لا داعي لاستخدام وحدات AC لها ..

توجد ميزات تجعل وحدات ال DC مفضلة على وحدات الAC بصورة عامة منها:
- الأمان في التعامل مع 24V مقابل الخطورة في التعامل مع 220V
- الكلفة.
- وكثيرا ما تكون وحدات ال DC تضم عدد اكبر من الإشارات وبالتالي حجم اصغر للمنظومة وسعر اقل وجهد اقل.

لحساب عدد الإشارات التي تحتاج إلى وحدات AC

الإشارات الموقعية دائما في منظومتنا.تضم زر تشغيل وآخر للتوقف إذا إشارتين لكل محرك..

لدينا ناقل تحت القاشطة وناقل صاعد والمعدني وناقل فم الطاحونة هذه ثمان إشارات..
لدينا مضخات الطين 4 إشارات والناعور2 إذا نحتاج إلى 16 إشارة تيار متناوب بفولتية 220V ...

وهذا متوفر بوحدة 1756-IM16I.

قلنا دائما نضيف نسبة لأخذ احتياطات الأمان من حيث التوسع المستقبلي وغيرها ..كذلك فقد تتعرض وحدة مثلا للتلف فيجب أخذ الاحتياط عند الشراء
وعليه نأخذ وحدتين من نوع 1756-IM16I.

هل هذه الوحدات موجودة في موقع العمل في المنظومة المسيطرة على الفرن الدوار.؟..لا..

إذا فان اختيارها سوف يؤدي إلى عدم الانتفاع من وجود منظومتين متشابهة في نفس الموقع..أليس كذلك؟.. نعم ..ولكن لا يمكن القياس هكذا.

أولا يجب الانتباه على أن وجود منظومة منصوبة في موقع العمل هو احد الأسباب المهمة لاختيار المنظومة ..ولكنه لا يمنع أخذ الأسباب الأخرى..
ثم يجب أن لا يؤثر هذا الأمر على الاختيار الأمثل للقطع والمنظومات التي تؤدي العمل.
أضف إلى ذلك فان منظومتنا تتكون من عدد من الوحدات التي تدخل في شقوق ..عليه لا يؤثر اختيار هذا الكارت على باقي الوحدات بتاتا.

لنعود إلى إشارات الDC
والتي عددها 176 – 16 = 160

نلاحظ في الجداول السابقة أن وحدات الإدخال تتكون من إشارات بعدد 16 أو 32

بما أن عدد إشاراتنا كبير فنختار عدد ال 32 ..160\32=5 إذا نحتاج إلى 5 وحدات من ذات 32 إشارة..

عند مراجعة الجدول السابق نجد 1756-IV32 ..ولكن هذه الوحدة من نوع المصدر source وبالتالي يجب تغذية الإشارات ب 0v ويكون الخط الموحد هو +24V ..ونحن لا نرغب بهذا .. فجميع الآلات في المعمل تتعامل على أساس توزيع الخط الموجب وتوحيد الخط السالب..

عند مراجعة ملف قطع الإدخال والإخراج من شركة الن برادلي الموجود أعلاه نجد القطعة 1756-IB32 والتي تفي بالغرض المطلوب فنختارها...

انهينا اختيار قطع الإدخال ..ننتقل الآن إلى الإخراج..

إختيار وحدات الإخراج

في المعامل الإنتاجية يفضل استخدام إخراج من نوع طرفي أو ريلي.. حيث يمكن بهذه الحالة عزل دائرة الإخراج عن المنظومة نهائيا ..فأي عطب قد يصيب الجزء المرتبط في طرف الريلي لن يؤثر إلا على الطرف نفسه .

كما أن وحدة تجهيز الكهرباء أيضا تكون معزولة فيمكن استخدام مصدر منتظم عن طريق Regulator مثلا لتغذية الPLC مع الإدخال ب 8 أمبير مثلا .وتغذية أجزاء المنظومة الأخرى من الحاكمات وغيرها بمصدر آخر مباشر.

هذا جدول بأنواع الاخراجات الطرفية..

ويمكن مراجعة ملف ال pdf السابق لمعرفة المواصفات وطريقة الربط..

لدينا 32 إشارة إخراج وهي باتجاه واحد إذا نختار الوحدة 1756-OW16I ذات ال 16 إشارة ريلي من نوع الفاتحN.O ..لتحقيق ال 32 إشارة نحتاج وحدتين .

لنتكلم الآن عن وحدات الإدخال التناظري

هذا جدول يبين هذه الوحدات

كما يحوي ملف ال pdf السابق على المعلومات الكاملة لهذه الوحدات..

قلنا في الدراسة أن منظومتنا تحتاج إلى 28 إشارة من نوع 4-20mA ..

نختار وحدتين من نوع 1756-IF16I.. وسوف نشرح طريقة الربط فيما بعد ان شاء الله..

أكملنا اختيار المعالج ووحدات الإدخال والإخراج..

ولكن يجب الانتباه على أن وحدات الإدخال والإخراج لا تحتوي على قطع التوصيل ..
بل هي مجردة وتحوي على مجموعة أرجل على شكل ابر..

فكيف يتم التوصيل عبر الأسلاك؟؟؟؟....

عند مراجعتنا للجداول السابقة سنجد أن العمود الأخير يشمل طريقة التوصيل removable terminal block ..وهي وحدات إضافية تتركب فوق وحدات الإدخال والإخراج ..ويتم توصيل الأسلاك عبرها ..

هذا جدول يبين أنواع هذه التوصيلات...

كما ان مواصفاتها موجودة ايضا في ملف ال PDF السابق..

نلاحظ ان هذه التوصيلات تنقسم حسب عدد الأرجل الى 20 و 36 طرف..
وتنقسم حسب طريقة التسليك الى لولبscrew و نابض spring ..

عند مراجعة مواصفات الكارتات التي قمنا بشرائها ..نلاحظ أن جميعها ذات ال 36 طرف..وبقي أن نختار طريقة التسليك ..وقد اخترنا الطريقة التقليدية في موقع العمل وهي الربط عن طريق السكرو ..screw....

إذا نحتاج إلى 1756-TBS6H بعدد وحدات الإدخال والإخراج التي نريدها...

» استفسارات وتعليقات الزملاء بخصوص موضوع (( تصميم منظومة سيطرة كهربائية متكاملة - المنطق والتشغيل ))
» خطبة له صلي الله عليه وسلم في الترغيب في التقرب إلى الله في رمضان والبر بالوالدين، والإكثار من الصلاة على رسول الله صلي الله عليه وسلم
» خطبة له صلى الله عليه وسلم في ضرورة الأخذ بكتاب الله والتذكير بأهل بيته رضوان الله عليهم، والتعريف بهم
» دورة ( عقود BOT للانشاء والتشغيل والتحويل ) باسعار خااااصة
» أساسيات المنطق Fundamentals of Logic كمدخل للمتحكمات القابلة للبرمجة PLCs