مهارات برمجة المتحكمات

وقفة للتفكير ناقشوا في مجموعات صغيرة بيئات التطوير المتكاملة وفوائدها للمبرمجين والمطورين. تلميح ابحثوا عن أنواع مختلفة من بيئات التطوير المتكاملة وفوائدها. توسيع الأفق أعدوا قائمة ببعض بيئات التطوير المتكاملة واللغات التي تستخدم معها وفوائدها.

توجد العديد من طرق برمجة المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة التي يمكن مراعاتها عند حل مشكلة معينة. ويعتمد اختيار الطريقة على تعقيد المشكلة، وخبرة المبرمج والتفضيلات والميزات المحددة للمتحكم المنطقي. وتتيح العديد من المتحكمات المنطقية استخدام طرق متعددة في أثناء التطوير، ما يمنح المبرمج الحرية لاختيار الجزء المحدد من المنطق. ويعمل المعيار الدولي ⁦(3-61131 IEC)⁩ على توحيد طرق البرمجة التالية لاستخدامها عبر المتحكم.

إن تصميم برنامج يحافظ على درجة الحرارة داخل الفرن يوفر نظرة عامة على المخططات السلمية وقوائم البيانات. يجب أن يحافظ الفرن على درجة حرارة ثابتة تبلغ 1000 درجة مئوية، لأن انخفاض الحرارة عن هذا المستوى أو ارتفاعها ولو بدرجة واحدة يمكن أن يؤثر سلباً في أداء العملية. إذا كانت درجة الحرارة أقل من الدرجة المستهدفة، يجب تفعيل السخان على وضع الهواء الداخل. وإذا كانت درجة الحرارة أعلى من الدرجة المستهدفة، يجب فتح فتحات التهوية لخفض درجة الحرارة.

تمثل المخططات السلمية دوائر التحكم لبرنامج المتحكم المنطقي القابل للبرمجة بطريقة مرئية ورسومية. وتستخدم هذه المخططات تصميمات تشبه السلم وتحاكي مخططات منطق المرحلات التقليدية. ونظرًا لكونها تبدو مشابهة لدوائر المرحلات الكهربائية، فإن الفهم المسبق لها يمكن أن يساعد بشكل كبير على رسم المخططات السلمية. من ميزات المخططات السلمية:

• سهلة القراءة
• تنشأ على الحاسوب
• تنفذ تنازلياً (من الأعلى إلى الأسفل)

يجري تنفيذ بيانات البرنامج السلمي بك بشكل عمودي، وهو ما يجعله يبدو مشابهاً للسلم. وتتألف المخططات السلمية من رموز تُعطي تعليمات للمتحكم المنطقي القابل للبرمجة. وإما بالرقم 0 (مرتفع/نشط/صحيح) وإما بالرقم 0 (منخفض/غير نشط/خاطئ). وتتمثل التعليمات الأساسية الأكثر شيوعاً، حسبما هو موضح في الشكل 36.2، في "التحقق من الإغلاق ⁦(XIO)⁩" المشار إليها بالرمز "1" و"ملف الإخراج" المشار إليها بالرمز "2".

الشكل 36.2 مخطط سلمي يوضح أحد المدخلات والمخرجات.

⁦XIO⁩ تعليمة شرطية تتحقق مما إذا كان الشيء صحيحاً أم خاطئاً. على سبيل المثال، يمكنها التحقق مما إذا كان زر معين مضغوطاً أم محرراً. وعادةً ما تكون هذه التعليمة مفتوحة بشكل طبيعي وتعمل بنفس طريقة المكون المفتوح عادةً في الدائرة الكهربائية. وتُخصص لهذه التعليمة عنوان الذاكرة "1"، والذي يمثل إدخالاً في نظامنا. عندما تبدأ دورة فحص المتحكم المنطقي القابل للبرمجة، يقرأ المتحكم حالة جميع الإدخالات ويخزنها في الذاكرة، حيث سيُخزن المتحكم كل إدخال إما بالرقم 1 (مرتفع/نشط/صحيح) وإما بالرقم 0 (منخفض/غير نشط/خاطئ). وإذا كانت القيمة المخزنة للإدخال هي 1، فإن حالة التعليمة "1" ستكون مرتفعة/نشطة/صحيحة، وهو ما يسمح للبرنامج بالاستمرار. نخصص لملف الإخراج عنوان الذاكرة "2". ويعمل ملف الإخراج على تشغيل شيء ما أو إيقافه، مع إعطائه قيمة إما بالرقم 1 وإما بالرقم 0، أي صحيح أو خاطئ على التوالي. وهذه التعليمة تُخرج النتيجة بناءً على القرار المتخذ للعنوان "1".

• المعيار الدولي - معيار تقني وضعته منظمة دولية أو عدة منظمات دولية بغرض تحديد طريقة مشتركة لتصميم العمليات الصناعية وتشغيلها وصيانتها على مستوى العالم.
• IEC - اللجنة الكهروتقنية الدولية، وهي منظمة تنشر معايير دولية يجب على الشركات المصنعة اتباعها. على سبيل المثال، يتناول المعيار ⁦3-61131 IEC⁩ برامج التحكم داخل المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة.

تحقق من المعيار الدولي ⁦3-61131 IEC⁩. ما الغرض من تنفيذ معيار للمتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة وكيف يفيد ذلك القطاعات التي تستخدم هذه الأجهزة؟

وقفة للتفكير ما الاعتبارات التي يجب مراعاتها عند تصميم وتطوير مخطط سلمي لبرنامج المتحكم المنطقي القابل للبرمجة؟ تلميح راعي إضافة التنظيم المنطقي وقابلية القراءة واستخدام الرموز وفعالية منطق التحكم عند تصميم مخطط سلمي. توسيع الأفق كيف تؤثر اختياراتك عند تصميم مخطط سلمي في كفاءة برنامج المتحكم المنطقي القابل للبرمجة وقابليته للصيانة وقابلية التوسع؟

قائمة البيانات ⁦(ST)⁩، التي تُعرف أيضاً بقائمة التعليمات ⁦(IL)⁩، هي لغة برمجة نصية منخفضة المستوى تشبه لغة التجميع. وتوفر هذه اللغة منطق تحكم دقيق ومختصر للمتحكم المنطقي القابل للبرمجة. وتستخدم هذه اللغة تعليمات القفز واستدعاء الروتينات الفرعية بغرض تنفيذ تدفق التحكم في البرنامج. يوضح الجدول 36.3 استخدام قائمة البيانات في مثال الفرن الذي عرضناه.

الجدول 36.3 تعليمات وقائمة البيانات الخاصة بالفرن

المخططات الوظيفية، التي تُعرف أيضاً بمخططات الكتل الوظيفية ⁦(FBD)⁩، هي تمثيلات رسومية للعمليات ومهام التحكم داخل المتحكم المنطقي القابل للبرمجة. ويشجع هذا الأسلوب في البرمجة على التقسيم إلى وحدات وإعادة الاستخدام. وهو مثالي للأنظمة المعقدة ذات الوظائف المتعددة. نضع جميع الوظائف في مخططات الكتل الوظيفية داخل كتل تمثل العلاقة بين حالات الإدخال والإخراج، بحيث تحتوي كل كتلة على إدخال واحد أو أكثر وإخراج واحد أو أكثر.

الشكل 36.3 كتلة وظيفية تعرض إدخالاً واحداً وإخراجاً واحداً.

• الروتين (البرنامج) الفرعي - مجموعة من التعليمات لتنفيذ مهمة محددة في برنامج حاسوبي.
• التقسيم إلى وحدات - تقسيم النظام إلى وحدات أصغر قابلة للتبديل.

نرسم الكتلة الوظيفية على شكل مربع يحتوي على وصف الوظيفة في الجزء العلوي، مع وجود وصلات الإدخال ⁦(Input)⁩ والإخراج ⁦(OUTPUT)⁩ داخله. وتوضح الكتلة الوظيفية في الشكل 36.3 وظيفة تحتوي على إدخال واحد وإخراج واحد. توفر مخططات الكتل الوظيفية بالفعل العديد من الكتل الوظيفية الجاهزة. وكذلك، يمكن إنشاء كتل وظيفية مخصصة بحسب الحاجة. فعلى سبيل المثال، يمكنك إنشاء كتلة وظيفية للتحكم في محرك وإعادة استخدامها في جميع أجزاء برنامجك.

تسمح لغات البرمجة الرسومية بسحب عناصر التحكم وإفلاتها على واجهة رسومية. وقد تشمل العناصر الكتل والأسلاك والموصلات. وهي مثالية للمبرمجين الذين يفضلون البرمجة المرئية.

المخطط المقلد هو تمثيل رسومي لنظام المتحكم المنطقي القابل للبرمجة في الحياة الواقعية. فهو يُحاكي العالم الحقيقي وتصميم النظام، حيث يعرض رموزاً وأشكالاً وصوراً لتمثيل العناصر المختلفة.

تشبه مخططات الوظائف المتسلسلة ⁦(SFCs)⁩ إلى حد كبير مخططات التدفق. وتحدد هذه المخططات الخطوات في برنامج المتحكم المنطقي القابل للبرمجة المرتبطة بالإجراءات. كما توضح الانتقالات بين الخطوات باستخدام الشروط المنطقية، وتعمل كذلك على تحديد الروابط بين الخطوات والانتقالات. يتدفق البرنامج بشكل متسلسل، حيث تكون الخطوة نشطة عندما تكون جميع الخطوات التي تسبقها نشطة هي الأخرى.

الشكل 36.4 مخطط التدفق المتسلسل.

فكر في سيناريو سير نقل وزن طرداً عندما يمر الطرد فوق جزء منه. إذا كان وزن الطرد أكبر من 1 كجم، فإنه يُنقل إلى نظام نقل على جهة اليسار. أما إذا كان وزن الطرد أقل من 1 كجم، فإنه يبقى على نفس المسار. صمم وطوّر برنامج مخطط سلمي لنظام المتحكم المنطقي القابل للبرمجة. وأجري محاكاة للنظام باستخدام بيئة تطوير مناسبة. وبعد ذلك، اعرض المتحكم المنطقي العامل الخاص بك على زميل، وناقش معه طرق تحسين النظام في المستقبل.

تستخدم المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة أنظمة أرقام مختلفة داخل برامجها وفي أثناء تنفيذها. وتُستخدم أنظمة الأرقام بغرض تمثيل البيانات ومعالجتها. وتعتبر التحويلات بين أنظمة الأرقام عنصراً ضرورياً لعمل البرنامج. ويعتمد اختيار نظام الأرقام على متطلبات التطبيق أو المهمة المطلوبة.

النظام الثنائي، المعروف أيضاً باسم الأساس الثنائي، هو نظام أرقام أساسي في جميع الحواسيب. وهو يستخدم رقمين فقط، 1 و0، لتمثيل القيم. ويمثل كل بت في النظام الثنائي قوة من الرقم 2. وتشمل الاستخدامات الشائعة للنظام الثنائي في المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة الآتي:

• الإدخالات والإخراجات الرقمية، مثل المستشعرات الرقمية أو المفاتيح أو المشغلات. يمكن للمتحكم تفسير حالات التشغيل/الإيقاف أو المرتفع/المنخفض في صورة قيم من الرقم 1 و0.
• العمليات المنطقية، مثل ⁦AND⁩ و⁦OR⁩ و⁦NOT⁩ و⁦XOR⁩ و⁦NAND⁩، التي تُستخدم لمعالجة وتفسير الشروط المنطقية واتخاذ القرارات داخل برامج التحكم.
• تمثيل الذاكرة بوصفها إدخالات رقمية وإخراجات ومتغيرات داخلية وأعلام الحالات. وتُعرض هذه العناصر في الذاكرة بصيغة ثنائية.

النظام العشري، المعروف أيضاً باسم الأساس العشري، هو نظام الأرقام الذي يستخدمه الكثير من الأشخاص. ويعتمد هذا النظام على قوى العدد (أسس) 10. وتستخدم المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة الأرقام العشرية لقيم مثل قيم العرض ومعلمات أخرى، مثل:

• عنونة الذاكرة: مثل مواقع الذاكرة الخاصة ببيانات الإدخال والإخراج أو تعليمات البرنامج أو المتغيرات الداخلية.
• العمليات الرياضية: تُستخدم غالباً في عمليات الجمع والطرح والضرب والقسمة.
• العد والتوقيت: تُستخدم غالباً لتمثيل العدادات والمؤقتات، مثل إضافة قيمة عشرية أو إزالتها من عداد للتحكم في إشارة إخراج.

النظام الست عشري، المعروف أيضاً بالأساس الست عشري، هو نظام أرقام يستخدم الأرقام من 0 إلى 9 والحروف من ⁦A⁩ إلى ⁦F⁩ لتمثيل القيم. وتشمل الاستخدامات الشائعة للنظام الست عشري في المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة ما يأتي:

• عناوين الذاكرة: لتحقيق الكفاءة.
• عرض تفريغ الذاكرة.

يمثل النظام العشري المشفر ثنائياً ⁦(BCD)⁩ القيم العشرية بصيغة ثنائية. ويعمل هذا النظام على تمثيل كل رقم عشري بكتلة مكونة من أربعة بتات ثنائية. وغالباً ما تستخدم المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة هذا النظام مع:

• العمليات الحسابية الدقيقة، مثل عمليات الاتصال بالبيانات.
• معالجة الإدخالات التناظرية.
• المعالجة الأبجدية.

• الأساس الثنائي ⁦(2-Base)⁩ - كل موضع رقمي يمثل قوة من العدد 2.
• بت - أصغر وحدة بيانات في الحوسبة.
• الأساس الثنائي ⁦(10-Base)⁩ - كل موضع رقمي يمثل قوة من العدد 10.
• قوى الأعداد (الأسس) - عدد الأساس يُرفع إلى أس (القوة) للحصول على النتيجة.
• الأساس الست عشري ⁦(16-Base)⁩ - كل موضع رقمي يمثل قوة من العدد 16.

نتاج التعلم ب

الجدول 36.4 كيفية التحويل بين أنظمة الأرقام المختلفة

الجدول 36.5 جدول تحويل من النظام الست عشري إلى النظام العشري. هل حاولت التحويل من النظام الثنائي إلى النظام الست عشري باستخدام هذا الجدول؟

وقفة للتفكير حول بين أنظمة الأرقام المختلفة التي تستخدمها المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة، وأظهر الأعمال التي تنفذها. 1 حول العدد 126 من النظام العشري إلى النظام الثنائي. 2 حول العدد 110001011011 من النظام الثنائي إلى النظام العشري. 3 حول العدد 77 من النظام العشري إلى النظام الست عشري. 4 حول العدد ⁦A3D6BA398D8E⁩ من النظام الست عشري إلى النظام العشري المشفر ثنائياً.

تلميح نفذ كل عملية تحويل باستخدام جدول التحويلات. قد تحتاج إلى التحويل من نوع لآخر قبل الوصول إلى نظام الأرقام المستهدف. توسيع الأفق هل يمكنك التفكير في أنظمة الحاسوب والأجهزة المنزلية التي تستخدم كل نوع من أنظمة الأرقام؟

الآن بعد أن تناولنا لغات البرمجة وأنظمة الأرقام المختلفة المستخدمة في المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة، توجد فرصة لحل بعض المشكلات الهندسية.

عليك أولاً تحديد الإدخالات والإخراجات. وننفذ ذلك من خلال سرد الإدخالات والإخراجات والمتغيرات الداخلية داخل البرنامج باستخدام أرقام ومعرفات أبجدية رقمية. ويمكن للمبرمجين تعيين هذه الأرقام يدوياً أو يمكن للمتحكم المنطقي القابل للبرمجة القيام بذلك تلقائياً. وخصصنا العناوين ⁦I⁩:0 و⁦I⁩:1 و⁦O⁩:0 لأجهزة الإدخال والإخراج الواردة في الجدول 36.6 على التوالي.

• التحليل التفسيري

الجدول 36.6 الإدخالات والإخراجات

يمكننا وصف هذا المنطق التوافقي باستخدام التعبير البولياني (المنطقي):

يعتمد إخراج المنطق على الإدخالات في لحظة معينة.

الشكل 36.5 مخطط سلمي لإدخالات التشغيل والإيقاف ومحرك الإخراج.

في برنامجنا الموضح في الشكل 36.5، لدينا إدخال لزر التشغيل (يظهر على أنه مفتوح بشكل طبيعي). عند الضغط على هذا الزر، تكتمل الدائرة ويعمل المحرك. لدينا إدخال لزر الإيقاف (الموضح بأنه "مغلق عادةً"). عند الضغط على هذا الزر، تُقطع الدائرة ويتوقف المحرك. يتضمن المنطق التسلسلي عملية يعتمد فيها الإخراج على إدخالات النظام وكذلك على تسلسل الإدخالات والإخراجات السابقة. في سيناريو المثال الخاص بنا، سنضيف منطقاً تسلسلياً لإيقاف تمدد المكبس الهوائي بمجرد الضغط على المفتاح الحدي وإعادة المكبس إلى موضعه الأصلي.

سيؤدي الضغط على الزر إلى تشغيل المكبس الهوائي لسحق علبة معدنية. ويجب أن يتوقف عند مفتاح حدي ثم يعود إلى وضعه الأصلي. أولاً، عليك تحديد عناوين الإدخالات والإخراجات الخاصة بالبرنامج. يُظهر الجدول 36.7 أننا قد خصصنا العناوين ⁦I⁩:0 و⁦I⁩:1 للإدخالات، والعناوين ⁦O⁩:0 و⁦O⁩:1 للإخراجات.

الجدول 36.7 قائمة إدخالات وإخراجات

سيؤدي السطر الأول في المخطط السلمي إلى تمدد المكبس الهوائي عند الضغط على زر التشغيل، كما هو موضح في الشكل 36.6.

الشكل 36.6 مخطط سلمي للإدخال والإخراج الخاص بالتمدد.

يتعامل الجزء التالي من البرنامج مع إيقاف زر التشغيل، وإيقاف التمدد، وتفعيل السحب.

• المنطق التوافقي - اعتمادية الإخراج على مجموعة من الإدخالات.
• التعبير البولياني (المنطقي) - يُقيّم البيانات المنطقية ليحدد إذا كانت صحيحة أو خاطئة.

الشكل 36.7 مخطط سلمي للمفتاح الحدي مع وظائف إعادة الضبط والسحب.

يعمل ملف إعادة الضبط، الممثل بالحرف ⁦(R)⁩ في الشكل 36.7، على إعادة ضبط أو مسح حالة عناصر معينة داخل نظام المتحكم المنطقي القابل للبرمجة. في برنامجنا، تتولى ملفات إعادة الضبط مهمة إعادة ضبط حالة إخراجات التشغيل والتمدد.

في هذا المثال، يؤدي الضغط على زر إلى تشغيل المكبس الهوائي لسحق علبة معدنية. ويجب أن يتوقف المكبس عند المفتاح الحدي. ومع ذلك، في هذا المثال، يجب أن ينتظر خمس ثوانٍ قبل العودة إلى وضعه الأصلي. نعمل على توسيع البرنامج السابق من خلال إضافة مؤقت إلى المنطق. ويتطلب المؤقت متغيراً داخلياً يحدد قيمة الهدف. وفي هذا البرنامج، سننشئ متغيراً يسمى ⁦DelayTime⁩ عند العنوان ⁦M⁩:0. هناك ثلاثة أنواع من المؤقتات في برمجة المتحكم المنطقي القابل للبرمجة:

• مؤقت تأخير التشغيل ⁦(TON)⁩: يبدأ هذا المؤقت العد إلى قيمة مستهدفة عندما تصبح حالة الإدخال صحيحة. وعندما يصل المؤقت إلى الوقت المستهدف، يعمل المتحكم المنطقي القابل للبرمجة على تفعيل الإخراج.
• مؤقت تأخير الإيقاف ⁦(TOF)⁩: يبدأ هذا المؤقت العد إلى قيمة مستهدفة عندما تصبح حالة الإدخال خاطئة. وعندما يصل المؤقت إلى الوقت المستهدف، يعمل المتحكم المنطقي القابل للبرمجة على إلغاء تفعيل الإخراج.
• المؤقت الاحتفاظي ⁦(TONR)⁩: يحتفظ هذا المؤقت بالقيمة التي جرى عدها حتى بعد أن تصبح حالة الإدخال خاطئة. ويستمر في العد من تلك القيمة المحتفظ بها عندما تصبح حالة الإدخال صحيحة مرة أخرى.

في هذا السيناريو، سنطبق التحكم بمؤقت تأخير التشغيل في برنامجنا للانتظار خمس ثوانٍ قبل سحب المكبس الهوائي. في المخطط السلمي الموضح في الشكل 36.8، أضفنا عنصر تحكم بمؤقت تأخير التشغيل بين أدوات إعادة الضبط على عناصر التحكم في التشغيل والتمدد. ويحتوي عنصر التحكم هذا على هدف زمني قدره 5000 ملي ثانية وزمن حالي مقداره 0 ملي ثانية.

الشكل 36.8 مخطط سلمي مضاف إليه مؤقت.

في أثناء تشغيل برنامج المتحكم المنطقي القابل للبرمجة، نضغط على زر التشغيل لتفعيل تمديد المكبس. ويصل البرنامج إلى المفتاح الحدي، وبعدها يجري إعادة ضبط عناصر التحكم الخاصة بزر التشغيل والتمديد، ويبدأ المؤقت بالعد للوصول إلى القيمة المستهدفة، وعندما يصل البرنامج إليها، فإنه يُفعل عنصر التحكم في إخراج السحب. يمكننا رؤية نتائج البرنامج في الشكل 36.9، حيث تكون عناصر التحكم المفعلة باللون الأخضر.

الشكل 36.9 مخطط سلمي قيد التشغيل. ويمثل اللون الأخضر (السطر السفلي) عناصر التحكم المفعلة.

كما هو الحال في السيناريوهات السابقة، يؤدي الضغط على زر إلى تشغيل المكبس الهوائي لسحق علبة معدنية. ويجب أن يتوقف المكبس عند مفتاح حدي وينتظر خمس ثوانٍ قبل العودة إلى وضعه الأصلي. بعد كل دورة تشغيل، يفرغ النظام العلبة المسحوقة إلى درج تجميع. يمكن للدرج أن يحمل 100 علبة فقط، وبالتالي، يطلق النظام إنذاراً عند الوصول إلى هذا العدد. في هذا السيناريو، سنعدل البرنامج الحالي لإضافة إخراجات إضافية وعداد. هناك نوعان من العدادات يجب مراعاتها لهذا البرنامج:

• العداد التصاعدي ⁦(CTU)⁩: يُضيف العداد التصاعدي واحد (1) إلى قيمته في كل مرة تنتقل فيها حالة الإدخال من خاطئة إلى صحيحة. وعندما يصل النظام إلى القيمة المستهدفة، يُولد العداد إشارة إخراج يمكنها تفعيل جهاز الإخراج.
• العداد التنازلي ⁦(CTD)⁩: يطرح العداد التنازلي واحد (1) من قيمته في كل مرة تنتقل فيها حالة الإدخال من خاطئة إلى صحيحة. وعندما يصل النظام إلى القيمة المستهدفة، يُولد العداد إشارة إخراج يمكنها تفعيل جهاز الإخراج.

  في هذا السيناريو، سنستخدم عداداً تصاعدياً. وسيضيف هذا العداد واحداً (1) إلى العد في كل مرة يسحق النظام علبة، مع تطبيق حد أقصى قدره 100 علبة.

الجدول 36.8 قائمة إدخالات وإخراجات

الشكل 36.10 مخطط سلمي كامل. هل يمكنك تحديد كل سيناريو في المخطط؟

في الشكل 36.10، عمدنا إلى توسيع البرنامج لإضافة مجموعة من الإدخالات والإخراجات للمساعدة على تطبيق هذا المنطق الجديد.

مكبس هوائي.

تصف مخططات خطوات الحركة ⁦(MSD)⁩ موقع المستشعرات والعمليات في تسلسل معين. ويشار إليها أحياناً بمخططات الخطوات-الإجراءات أو مخططات زمن الانتقال. ويعمل مبرمجو المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة على إنشاء مخططات خطوات الحركة باتباع الخطوات التالية:

• تحديد متطلبات الحركة للنظام، بما في ذلك المسار المطلوب والسرعة ومعدلات التسارع/التباطؤ والمواقع المستهدفة. وتحديد عدد من العوامل مثل نوع الحركة (على سبيل المثال، خطية أو دورانية)، والسرعة وأي قيود إضافية أو متطلبات تتعلق بالأمان.
• تقسيم ملف الحركة إلى خطوات أو أجزاء فردية بناءً على خصائص الحركة المطلوبة، بحيث تمثل كل خطوة عملية حركة مميزة، مثل التسارع أو التوقف.
• رسم مسار الحركة لكل خطوة على رسم بياني، مع تحديد الوقت أو المسافة على المحور ⁦x⁩، والموقع أو السرعة على المحور ⁦y⁩. ويمكن استخدام خطوط أو منحنيات السرعة لتمثيل السرعة أو ملفات الموقع المطلوبة لكل خطوة.
• تحديد المعلمات لكل خطوة حركة، مثل المواقع الابتدائية والنهائية والسرعات وحالات التسارع وحالات التباطؤ والأوقات.
• ترتيب خطوات الحركة بالتسلسل المطلوب بغرض إنشاء ملف الحركة العام، بحيث يكون مشابهاً لمخطط خطوات الحركة الموضح بالشكل 36.11 في صفحة 282. والتأكد من أن الانتقالات بين الخطوات تحدث بسلاسة دون أي تغييرات مفاجئة في السرعة.
• مراجعة مخطط خطوات الحركة للتأكد من أنه يمثل السلوك المطلوب للنظام بدقة.
• وأخيراً، تنفيذ المخطط في المتحكم المنطقي القابل للبرمجة عن طريق ترجمته إلى كود برمجي أو مخططات سلمية.

الشكل 36.11 مخطط خطوات الحركة.

• حل المشكلات
• التفكير النقدي

وقفة للتفكير ما العوامل التي يجب مراعاتها عند إنشاء مخطط خطوة الحركة لنظام التحكم في الحركة الخاص بالمتحكم المنطقي القابل للبرمجة؟ وكيف يمكن أن تساعد هذه العوامل على تحسين كفاءة الحركة؟ تلميح يجب مراعاة خصائص ملف الحركة مثل السرعة والتسارع والتباطؤ وقيود النظام ومتطلبات السلامة. فكر كيف يمكن لهذه العوامل تحسين كفاءة ودقة الحركة. توسيع الأفق ما الاستراتيجيات التي يمكننا استخدامها لتخفيف التحديات في أنظمة الحركة التي يُتحكم فيها باستخدام المتحكم المنطقي القابل للبرمجة؟ وكيف يمكن لهذه الاستراتيجيات تحسين أداء التحكم في الحركة؟

كفاءة برنامج المتحكم المنطقي القابل للبرمجة عنصر بالغ الأهمية، لضمان استخدام أقل عدد ممكن من الموارد في أثناء تنفيذ البرنامج. وتوجد عدة عوامل تؤثر في كفاءة البرنامج.

يكون البرنامج المنظم والمجزأ بشكل جيد أسهل من حيث الصيانة والتنفيذ. ويساعد استخدام الروتينات (البرامج) الفرعية على تعزيز عملية التقسيم إلى وحدات. كما يسهل قراءة البرنامج عند الحاجة إلى التعديلات أو إصلاح المشكلات. إضافة إلى ذلك، فإن وجود توثيق وتعليقات واضحة وشاملة يساهم في إنشاء كود منظم وسهل الفهم.

تستهلك بعض التعليمات مساحة أكبر في الذاكرة وتأخذ وقتاً أطول لتنفيذها. ولذا، عليك مراعاة تقليل زمن الفحص من خلال تحديد وإزالة المنطق غير الضروري أو عناصر التحكم في الإدخال والإخراج غير المستخدمة. ويمكن تسريع وقت التنفيذ من خلال استخدام تسلسلات التحكم المدمجة في منصة المتحكم المنطقي القابل للبرمجة بدلاً من تلك المصممة خصيصاً.

الاختبار هو مرحلة حاسمة في أثناء برمجة المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة، حيث يهدف إلى ضمان تحقيق الأداء والوظائف المطلوبة. هناك طرق مختلفة يمكن اتباعها لاختبار برامج المتحكم المنطقي القابل للبرمجة وتصحيحها.

• الروتينات (البرامج) الفرعية - عندما لديك برنامج منطق سلمي، فمن الأفضل أحياناً تقسيمه إلى أجزاء بحسب التطبيق. تُعرف هذه الأجزاء الأصغر بالبرامج الفرعية.
• البرنامج الفرعي - هو برنامج قصير يستخدمه البرنامج الرئيس لأداء وظيفة محددة.
• قابلية التقسيم إلى وحدات - تُعد وحدة المتحكم المنطقي القابل للبرمجة التي تسمح بالتوسع باستخدام وحدات متعددة. يتيح لك هذا التصميم إضافة وحدات أو إزالتها لتخصيص المتحكم المنطقي القابل للبرمجة لمهام محددة، ما يجعله مرناً للغاية، وتشير قابلية التقسيم إلى وحدات إلى تقسيم النظام إلى وحدات أو مكونات منفصلة، وتتعامل كل وحدة مع وظيفة معينة وتعمل بشكل مستقل.

تنطوي عملية الاختبار الوحدوي على اختبار الوحدات أو الوحدات الفرعية أو الوظائف المفصلة داخل البرنامج، وعادةً ما يجري تنفيذه في ما يُعرف باسم "الصندوق الأسود". وينصب التركيز على اختبار كل وحدة بشكل مستقل عن الوحدات الأخرى، للتأكد من أنها تعمل بالشكل المتوقع. ويهدف الاختبار إلى التحقق من أن الإدخال المعروف ينتج عنه الإخراج المتوقع.

الشكل 36.12 اختبار الصندوق الأسود.

• التفكير النقدي
• حل المشكلات
• التحليل
• إعادة التقييم

توفر العديد من بيئات البرمجة أدوات محاكاة ومراقبة على الشاشة لبرامج المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة. وتتيح هذه الأدوات للمبرمجين تشغيل البرنامج واختباره في بيئة محاكاة، حيث تظهر العلامات البصرية حالات أجهزة الإدخال والإخراج. وتعتبر هذه الأدوات مفيدة لضمان عمل البرنامج على النحو المتوقع قبل نشره على المتحكم الفعلي.

يتضمن التشغيل التجريبي تنفيذ البرنامج على أجهزة مادية ولكن دون تشغيلها على الآلات الفعلية. ويهدف ذلك إلى التأكد من أن البرنامج يعمل بالشكل المتوقع في بيئة خاضعة للرقابة.

تشمل عملية تصحيح الأخطاء تحديد الأخطاء وحلها داخل برنامج المتحكم المنطقي القابل للبرمجة. وفي أثناء عملية تصحيح الأخطاء، يتولى المبرمج مراجعة ومعالجة أي أخطاء يجدها في البرنامج لضمان تنفيذه بشكل فعال. ويتبع العديد من المبرمجين مجموعة بسيطة من المهام عند تصحيح أي برنامج.

تحتوي معظم بيئات البرمجة على أدوات مدمجة للتحقق من البنية اللغوية (الصياغة)، وهو ما يسهل عملية تحديد هذه الأخطاء وحلها. في حالة عدم وجود هذه الأدوات، يجب على المبرمجين مراجعة الكود في البرنامج لتحديد الأخطاء المحتملة في الصياغة. وينبغي لهم معالجة هذه الأخطاء قبل الانتقال إلى الخطوة التالية.

• البنية اللغوية (الصياغة) - أسلوب لغة البرمجة وتنسيقها.

يمكن لميزات تصحيح الأخطاء المتوفرة في بيئة البرمجة أن تساعد في هذه الجزئية أيضاً. يجب على المبرمجين مراجعة كل تعليمة خطوة بخطوة، لضمان أن يتبع تدفق التحكم المنطق المقصود. ويلزم كذلك تحديد أي قفزات وفروع وحلقات غير متوقعة قد تتسبب في سلوك غير متوقع وغير مقصود.

يجب على المبرمجين تحديد الأخطاء وتصحيحها قبل إعادة اختبار البرنامج. وينبغي لهم استخدام اختبارات شاملة للتحقق من حل الأخطاء. وسيضمن إتمام هذه الخطوات بشكل متكرر أن يكون البرنامج النهائي خالياً من الأخطاء وأن يعمل بالشكل المتوقع.

تُعد شركة الحسن باور مصنعاً لمكونات محطات الطاقة في الأردن. أدركت الشركة الحاجة إلى تحسين كفاءة التصنيع بسبب تزايد التكاليف في هذا القطاع. كما ارتفعت معدلات دوران الموظفين بسبب التعقيدات والخبرة المطلوبة لتشغيل الآلات. ولقيادة تحسينات نظام التحكم، تعاقدت الشركة مع أحمد الفارسي، وهو مقاول متمرس في برمجة المتحكمات المنطقية القابلة للبرمجة يقع مقره في عمان. واجه أحمد عدداً من التحديات عندما قام بتحليل النظام في البداية. كانت شركة الحسن باور تعمل بأنظمة متحكم منطقي قابل للبرمجة قديمة، ما حد من قدرتها على تلبية متطلبات عمليات التصنيع الخاصة بها. كانت هناك العديد من أوجه القصور التشغيلية التي أدت إلى توقف غير مخطط وتأخيرات كبيرة في الإنتاج. كانت الأنظمة قديمة وغير مدعومة، وتفتقر إلى إمكانية التوسع، ما أعاق مرونة الشركة وقدرتها على التكيف مع تغييرات الإنتاج والآلات الجديدة. كما أدى الافتقار إلى قدرات المراقبة في الوقت الفعلي إلى صعوبة اكتشاف فريق العمليات وحل المشكلات ضمن إطار زمني مقبول. حدد أحمد عدداً من الأهداف التي يجب تحقيقها خلال المشروع:

• ترقية نظام التحكم عبر خطوط إنتاج متعددة للامتثال للمعايير الحديثة.
• تحسين كفاءة التصنيع الإجمالية من خلال تحسين منطق التحكم وتقليل أوقات المسح والدورات وتحديد مجالات التوسع في المستقبل.
• تنفيذ المراقبة والتحليلات في الوقت الفعلي، ما يوفر رؤى تشغيلية حول أداء كل خط إنتاج.
• تقليل التوقفات من خلال تطبيق إجراءات صيانة دورية لتحديد المشكلات المحتملة ومعالجتها.

  اختار أحمد شركة مشهورة متخصصة في تصنيع المتحكم المنطقي القابل للبرمجة والمعروفة بميزاتها المتقدمة وقابلية التوسع والدعم التقني، بالإضافة إلى خبرته الشخصية الطويلة في العمل بهذا المجال. نفذ الحل الخاص به وعممه في جميع أنحاء المنظمة وتأكد من حصول جميع مشغلي النظام وموظفي الصيانة على التدريب والتوثيق الكافيين.

أدى النظام المطور إلى تحسن كبير في كفاءة التصنيع. ونتيجة لذلك، كان هناك تحسن في جودة المكونات. تمكنت شركة الحسن باور من إضافة آلات جديدة تتمتع بعمليات تكامل سهلة وسلسة. كما مكنت المراقبة في الوقت الفعلي والصيانة التنبؤية المشغلين من الكشف عن الأعطال وتجنب

• الصيانة التنبؤية - الصيانة الاستباقية التي تتنبأ بأعطال المعدات قبل حدوثها، ما يسمح للعمال بتنفيذ الأنشطة في الوقت الأمثل لتقليل وقت التوقف عن العمل.

تأثيرات المشكلات وإبطالها، ما أدى إلى تقليل التوقفات إلى الحد الأدنى. كما تحسنت معنويات فرق التشغيل والصيانة بفضل واجهات المستخدم سهلة الاستخدام والفهم الأفضل لأنظمة الإنتاج، ما قلل معدل دوران الموظفين.

أدت خبرة أحمد في برمجة المتحكم القابل للبرمجة دوراً حيوياً في تحويل العمليات. حيث عالج المشروع الناجح التحديات الحالية ووضع المنظمة في موقع يؤهلها للنمو المستقبلي.

• ما التحديات الرئيسة التي واجهتها شركة الحسن باور قبل إشراك أحمد في برمجة المتحكم المنطقي القابل للبرمجة؟
• كيف أثرت أنظمة المتحكم المنطقي القابل للبرمجة القديمة في كفاءة شركة الحسن باور وعمليات التصنيع الشاملة؟
• لماذا اختار أحمد مصنعاً محدداً للمتحكم المنطقي القابل للبرمجة لمشروع الترقية؟
• كيف أسهمت خبرة أحمد في برمجة المتحكم المنطقي القابل للبرمجة في تحويل عمليات شركة الحسن باور؟
• ما الطرق التي أدى بها التنفيذ الناجح للمشروع إلى وصول شركة الحسن باور إلى وضع يمكنها من النمو والاستدامة في المستقبل؟

طلب منك مديرك البحث عن نظامي المتحكم المنطقي القابل للبرمجة الحاليين قبل الشروع في مرحلة التصميم والتطوير لمشروع تحسين نظام التحكم القابل للبرمجة. حيث كلفوك بقيادة عملية ترقية نظام التحكم المستخدم في تصنيع المكونات الكهربائية الخاصة بأجهزة السلامة في المركبات. النظام الحالي يعاني تقادم تقني، وكفاءة تشغيلية منخفضة، وأعطال متكررة، إضافة إلى محدودية قدرته على مواكبة متطلبات الإنتاج المتغيرة. ويتمثل الهدف من المشروع في تنفيذ نظام تحكم حديث قائم على المتحكم المنطقي القابل للبرمجة لزيادة الموثوقية والكفاءة وتأمين استدامة العمليات مستقبلاً. يجب عليك إعداد وثائق تقنية استناداً إلى برامج نموذجية لدعم مرحلة تصميم النظام. تتضمن هذه الوثائق تقارير ومخططات مشروحة. يجب عليك إثبات استخدام العناصر التشغيلية الآتية في تطوير المتحكم المنطقي القابل للبرمجة:

• بيئات التطوير المتكاملة
• مخططات التدرج
• قائمة البيانات
• المخططات الوظيفية
• لغات البرمجة الرسومية
• المخططات المقلدة
• مخططات الوظائف المتسلسلة

  أجر بحثاً إضافياً في المجالات الآتية:

• أجهزة ضبط الوقت
• أجهزة القياس
• الحركة

  باستخدام أمثلة نموذجية عن برامج المتحكم المنطقي القابل للبرمجة، حلل مدى ملاءمتها لمتطلبات المشروع. علق على كفاءة واستخدام الإجراءات والروتينات الفرعية في كل نموذج من نماذج برامج المتحكم المنطقي القابل للبرمجة.

يعد تحليل موجز العميل أمراً ضرورياً لفهم المتطلبات عندما يتعلق الأمر بأي مشروع. بالنسبة لنظام المتحكم المنطقي القابل للبرمجة، يعتبر اختيار الأجهزة المناسبة أمراً جوهرياً، بما يشمل نوع وحدة التحكم المناسبة وأجهزة الإدخال والإخراج. يمكننا تلخيص خطوات تعريف المشكلة على النحو الآتي:

من الضروري تحديد الغرض من النظام، فهذه فرصة لتحديد ما إذا الغرض يتعلق بالتحكم في العمليات أو التصنيع أو التحكم في الحركة. وفي هذه المرحلة، يجب تحديد متطلبات النظام، بما في ذلك الإدخالات والإخراجات اللازمة، وسرعة المعالجة المطلوبة، واحتياجات ذاكرة النظام، وأي ميزة إضافية محددة مثل الاتصالات.