هل يمكن للراسبيري باي مضاهاة PLC؟

هل يمكن للراسبيري باي مضاهاة PLC؟

تُعتبر وحدات المتحكّمات الصّغرية المتضمَّنة في لوحة واحدة شعبيّة لدى الهواة، ولكن كيف يكون أداؤها مقارنة مع المتحكّمات المنطقيّة القابلة للبرمجة (PLC) الصناعيّة في التحكّم في العملياّت المتقدّمة؟أعربَ العديد من القرّاء عن اهتمام كبير بمقال سابق  يقارن أردوينو مع PLC في أبسط أشكال التحكّم. هذا قاد الكاتب دوغ رينيكر للتفكّير كيف سيكون أداء الراسبيري باي مقارنة مع PLC للتحكّم القائم على النموذج الأكثر تقدّما، حيث قد يكون هناك ميزة للمتحكّم الصّغري. تمّ إيجاد النتائج في عدد آذار 2020 من التحكّم في مقال بعنوان التحكم القائم على النموذج: راسبيري باي بمواجهة المتحكّمات المنطقيّة القابلة للبرمجة. إليك ملخص، انقر هنا للحصول على النص الكامل.

المتحكّمات الصّغرية ذات اللوحة الواحدة مثل الأردوينو والراسبيري باي رخيصة للغاية وذات قدرة عالية، ممّا يجعلها أساسيّة لمحبّي إنشاء التطبيقات المختلفة بأنفسهم كهواية. قادتنا هذه الفكرة لتصميم مشروع من النّوع الصّناعيّ يمكن تنفيذه من قبل كلّ من الراسبيري باي وPLC لإيجاد الفوائد والتحدّيات مع كلّ منهما.

نمذجة العمليّة المدروسة

من أجل هذه المقارنة، قمنا بفرض نموذج سخّان مياه صغير. وقررنا استخدام تحكم ٍقائم ٍعلى النموذج بدلاً من استخدام تحكّم تشغيل\إطفاء بسيط مثل سخّان المياه المنزلي، أو التحكّم المستند الى متحكّم تناسبيّ-تفاضليّ-تكامليّ PID مثل المستخدَم في العمليّات الصناعيّة. سيقوم المتحكّم المنطقيّ بمراقبة دخلَين هما التدفّق ودرجة حرارة الدخل ، للتنبؤ والتحكّم بالتسخين، وتوفير درجة حرارة تدفّق الخرج المطلوبة.

لم تدخل درجة حرارة الخرج في حلقة التحكّم ،ولكن تمَّتْ مراقبتها لتقييم الأداء. رغم أنّه ليس عمليّا تماماً للتّطبيق في “العالم الحقيقيّ”، فقد وفّر هذا التصميم نظاماً مع متغيّرَي دخل مستقليَّن، وبارامترات قابلة للمعايرة، وخرْج واحد متحكَّم به وهو مشابه للعديد من تطبيقات التحكّم الصناعيّ القائم على النموذج.

مخطّط النّظام
مخطّط النّظام

 

بارامترات العمليّة
بارامترات العمليّة

بناء نظام الاختبار

تمّ اختيار الأنابيب والأجهزة بشكل بسيط وواضح. قدّم مقياس إميرسون ريزمونت (Emerson Rosemount) للتدفق إشارة بين 4-20 ميلي أمبير، واختيرت حسّاسات درجة الحرارة بلاتينيوم عن طريق المقاومة المتغيّرة بقيمة 100 أوم (RTDs). تمّ تمرير الماء مرة واحدة خلال السّخان. تمّ استخدام ريليه ثايرستور TRIAC ذي حالة صلبة تقوم بالتبديل عند الجهد الصفريّ لتشغيل عنصر التسخين المقاومة، ليتمكّن كلّ متحكّم من إيقاف أو تشغيل الخرْج في كلّ دورة للتيّار المتناوب.

نظام الاختبار
نظام الاختبار
دارة التحكّم
دارة التحكّم

 

الراسبيري باي بمواجهة PLC

تمّ اختيار متحكّم PLC من نوع CLICK من شركة AutomationDirect، مع متحكّم بكابل إيثرنت، ووحدات دخل حسّاسات مقاومة حرارية ودخل تشابهيّ، ووحدة تغذية، تُجمَع هذه المعدّات معاً في حزمة صغيرة ، وتكون جاهزة للاتّصال مع الإشارات القادمة من نموذج السّخان مباشرة.

PLC
PLC

اختير راسبيري باي طراز B v1.2 المشابه لجهاز كمبيوتر شخصيّ صغير وفعّال مزوّد بمدخل إيثرنت سلكيّ ومدخل micro-SD. ولكن مداخل ومخارج راسبيري باي لا تستخدم مستويات الإشارة القياسيّة الصناعيّة ممّا يستدعي إنشاء لوحة دارة أسلاك مطبوعة صغيرة للتعامل مع تحويل الإشارة.

الراسبيري باي
الراسبيري باي
دارة الأسلاك
دارة الأسلاك

البرمجيات

يوفّر كلّ من CLICK PLC وراسبيري باي بيئتَي برمجة مختلفَتين تماماً ،

مثل معظم أجهزة PLC، تتمّ برمجة CLICK باستخدام المنطق السلميّ التقليديّ الذي يتمّ تنفيذه من خلال تقييم الشروط إعطاء الأوامر وإجراء عمليات المسح بشكل مستمرّ وتكرارها بشكل موثوق كلّ بضع ميلي ثانية.

يمكن برمجة متحكّمات راسبيري باي بواسطة العديد من اللغات، ولكن تمّ اختيار Python لبساطتها. ومع ذلك، فإن هذه المرونة الواسعة تعني أنّه يجب على المستخدم أن يكون حذراً في كتابة التعليمات البرمجيّة ليعمل بطريقة موثوقة وفي الوقت المناسب.

التقييم

تمكّن كلا المتحكّمَين من الحفاظ على درجة حرارة خرْج محدّدة أثناء التشغيل. كان أداء CLICK PLC متّسق ومستقرّ. وفي المقابل قام الراسبيري باي بتشغيل الخرج بشكل غير اعتياديّ. ولكن من المعتقد أنّه مع جهود البحث والبرمجة الإضافية وفلترة الضجيج وضبط التوقيت يمكن تحسين عمل راسبيري باي إلى المستوى المطلوب لنظام الانتاج.

الفائز؟

انتصر CLICK PLC في هذا الاختبار لسهولة التركيب والبرمجة المباشرة والسلوك المستقرّ. يملك راسبيري باي قدرات أعلى من عدّة نواح غير مفيدة في هذا التطبيق، ولكن كان من الصعب التواصل مع الإشارات الميدانية، كما أنّه يستخدم نظام تشغيل متعدّد المهام ليس مثاليا لتطبيقات اتخاذ القرار السّريع، وكما يفتقر لعامل الشكل الصناعيّ.

لم يتمّ إجراء تحليل تفصيليّ للتّكلفة، ولكن كقيمة شراء فإن راسبيري باي أرخص من PLC التجاري. ولكن يحتاج تقييم التكلفة لمراعاة المتطلبات الإضافيّة في الهندسة والتصنيع، والأجزاء الإضافيّة المطلوب شراؤها خاصّة لوحة الدارة المطبوعة الخارجيّة.

ملاحظات صناعيّة

فيما يلي مجموعة من خواصّ PLC التي تجعله مثاليّاً للاستخدام الصناعيّ إلى جانب تصميمه الفيزيائيّ:

  • يحتوي أجهزة مراقبة العتاد الصلب لضمان عمل النظام ، والقيام بإجراءات معيّنة عند حدوث طارئ.
  • تغليف صناعيّ يتحمّل ظروف البيئة الصعبة.
  • يتبع معيار UL508 للأمان الصناعيّ ممّا يجعله مناسباً للاستخدام في لوحات التحكّم الخاضعة للتفتيش و/أو تتطلّب شهادة للمعايير.

وجد تحقيقنا أنّ المنتجات الصناعيّة المتاحة تجارياًّ تكلّف أكثر من الأنظمة التي تمّ إنشاؤها من المتحكّمات الإلكترونيّة الاستهلاكيّة، ولكنّها تتضمّن برامج وأجهزة خاصّة بالمهمّة المطلوبة. يمكن أن يكون خيار متحكّمات الهواة أفضل من حيث التكلفة، ولكنّه يتطلب اهتماما ًكبيرا ً لدمج الأجهزة والبرامج بشكل صحيح.

ملاحظة ذات صلة:

أصغَتْ AutomationDirect للمستخدمين الذين يتطلّعون إلى استخدام تطبيقات مفتوحة المصدر في المشاريع الصناعيّة بشكل موثوق ؛ لذلك قدَّمَتْ مؤخراً ProductivityOpen والتي هي وحدة تحكّم صناعيّة متوافقة مع الأردوينو ، والتي يمكنها استخدام دروع أردوينو و PLC-type I/O مما يوفر للمستخدمين المهتمين أفضل ما في العالمين.

ProductivityOpe
ProductivityOpe

تُعدّ خيارات نظم الأتمتة المتاحة أوسع ممّا سبق، ولكن هذا يعني أنّه يجب على المستخدمي البحث بدقّة ، والاختيار بعناية للحصول على أفضل نتيجة لتطبيقهم.


المصدر: هنا
ترجمة:مجد زهرة, مراجعة: عدي ناصر, تدقيق لغوي: رنيم العلي, تصميم: علي العلي , تحرير: قحطان غانم

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *