تؤدّي المتحكمات المنطقيّة القابلة للبرمجة PLC دوراً هاماً في تشكيل أنظمة التحكّم الصناعي الحديثة، ومن الضروري فهم مبادئها وأساسيات عملها لإجراء عمليات الصيانة وتعيين المشاكل حال حدوثها؛ وهذا ما سنعمل على توضيحه في هذا المقال.
الأجزاء الأساسيّة
سنبدأ في هذا المقال بالعنصر الأول – وحدة المعالجة المركزية CPU – لشرح مكونات المتحكمات المنطقيّة القابلة للبرمجة، ويمثّل هذا الجزء العقل المدبّر للمتحكم المسؤول عن معالجة الأوامر المنطقية وتحويلها إلى قرارات خارجية اعتماداً على المدخلات. يمكن للمعالج تنفيذ الأكواد البرمجية المخزّنة في وحدة الذاكرة والتحكّم بوحدات الدخل والخرج.

ويليهِ مزوّد الطاقة Power Supply، وكما يشير اسمه فهو يعمل على تزويد المتحكّم بالجهد والتيار اللازمين لتشغيله، ويشترط استخدام نوع آمن ومُعتمَد لضمان عمله بوجهٍ صحيح وتجنّب مواجهة المشاكل أو الأعطال.
وتوفّر وحدات الخرج والدخل I/O التواصل بين المتحكّمات والأجهزة الخارجية في أنظمة التحكّم؛ إذ تتلقّى وحدة الدخل الإشارات الرقميّة والتماثلية من الحساسات وتحوّلها الى صيغة يمكن للمعالج فهمها. وتعاكسها وحدات الخرج في العمل إذ تحوّل الأوامر الخارجة من المعالج إلى إشارات يمكن للأجهزة كالصمامات والمحركات فهمها.
تمكّن وحدات الاتصال المتحكّم من التواصل مع الأجهزة الأخرى مثل متحكّمات PLC أخرى وواجهات المستخدم HMI وأنظمة جمع البيانات والتحكم SCADA systems وغيرها. تعتمد هذه الوحدات على بروتوكولات اتّصال مثل ايثرنت Ethernet/IP وModbus وغيرها لتبادل البيانات مع الأجهزة الأخرى.

نصائح أساسية لاستكشاف أخطاء متحكمات الـ PLC
تتضمّن عمليّة الكشف عن مواطن الخطأ خطوات أساسيّة يجب العمل بها، والتي تبدأ بجمع أكبر عدد من المعلومات المتعلّقة بالمشكلة من خلال التواصل مع المشغّلين والمهندسين وتحليل اتّجاهات البيانات ومشاهدة العطل على أرض الواقع لتشخيص الخلل الحاصل في نظام أو جهاز ما، يتبعها استكشاف الأخطاء بطريقة منهجيّة باستخدام طرق التجريب والخطأ وتسجيل النتائج الخاصة بكلّ تغيير مطبّق، ويجب أخذ الحذر في التطبيق عند إيجاد حل محتمل وتقييم تأثيره على باقي النظام. يُعتمد على الخطوات السابقة لغرض تقديم الحلول اللازمة، والتي يجب اختبارها أولاً لتجنّب سلبياتها أو آثارها المضادة وتنبيه الاشخاص المعنيين لتجنّب تكرار الحوادث مستقبلاً.
استخدام الموارد
من الضروري استخدام الموارد المتاحة أثناء عملية استكشاف الأخطاء مثل قراءة المستندات الخاصة بكيفية عمل وتركيب ومواصفات الأجهزة والتي تصدر عن جهة موثوقة مثل الشركات المصنّعة؛ إذ توفّر هذه المصادر معلومات تساعد على فهم الأنظمة وكيفية تحديد المشاكل حال حصولها، ويمكن أيضاً استخدام المصادر المتوفرة على شبكة الإنترنت إضافةً إلى مقاطع الفيديو التعليمية من ذوي الخبرة.
مشاكل المتحكمات القابلة للبرمجة PLC
من الشائع ظهور مشاكل في ربط الأجهزة داخل أنظمة التحكم مثل الأسلاك المقطوعة أو المرتخية أو التوصيل الخاطئ بين منافذ الدخل والخرج. يجب الانتباه أيضاً إلى مكونات المتحكمات الأساسية التي تطرّقنا إليها مسبقاً مثل مزوّد الطاقة والتأكد من عمله جيّداً وتوصيل وحدات الدخل والخرج وبرمجتها برمجةً صحيحة لضمان التواصل الأمثل بين أجزاء المتحكمات.
بعدضمان الربط السليم بين الأجهزة وعملها بهيئةٍ صحيحة، ننتقل إلى التحقّق من البرمجة المنطقية للأجزاء، مثل التحقق من لغة المنطق السلّمي Ladder logic والمخططات الصندوقيّة الوظيفيّة Function blocks والكتابة الصحيحة للهيكل البرمجي وخلوّه من الأخطاء. لربما تبدو العمليّة بمجملها مُعقّدة لكنها ضرورية لتشخيص الخطأ الذي يسبب عجز النظام عن العمل.
تقنيّات استكشاف أخطاء الـ PLC المتقدمة
سنخوض في بعض التقنيات المتقدمة الخاصة بصيانة المتحكّمات القابلة للبرمجة، وأولها مراقبة سلوك النظام عبر اختبار أداءه وتعيين الخلل، يمكن لأدوات مختلفة تقديم هذه المهام مثل أجهزة التتبّع والإنذار وسجلات الأحداث؛ إذ تساهم مراقبة النظام في حلّ المشاكل عند الصيانة.

مراجعة الأنظمة وهي عمليّة دراسة تصاميم الأنظمة وضمان تهيئتها بوجهٍ صحيح. يمكن تحقيق ذلك بمعاينة ملفّات تصميم الأنظمة والتأكُّد من سلامة الأسلاك والكابلات والتحقق من إعدادات الأجهزة، والتعمّق في التفاصيل الدقيقة لبرامج المتحكمات، ومن المهم تدوين الملاحظات أثناء عمليّة المراجعة لمقارنتها فيما بعد مع الأنظمة المشابهة. وتُستخدم تقنية ضبط حلقات PID لتحسين أداء نظام التحكم، والتي تشمل ضبطاً دقيقاً لمعلّمات المتحكم PID واختبار استجابة النظام لهذا التغيّر.
PID متحكم نسبي تكاملي تفاضلي (Proportional–integral–derivative controller): هو آلية تحكم في حلقة تغذية راجعة تستخدم في العديد من الأنظمة الصناعية والتطبيقات الأخرى التي تتطلّب تحكماً مستمراً ومعدلاً. يحسب المتحكم خطأ بين قيمة مطلوبة وقيمة مقاسة من عملية ما، ويطبّق تصحيحاً يعتمد على عوامل نسبيّة وتكامليّة وتفاضليّة.

يجب تنقيح الكود البرمجي أيضاً عندما يشتمل النظام أكواداً معقّدة، وهي طريقة منهجيّة لحل المشاكل، وذلك بتطبيقِ خطوات ثابتة لتشخيص مواضع الخطأ، تتوفّر أدوات مختلفة تخدم هذا الغرض وتعتمد أساساً على نوع المتحكّم والبرنامج المستخدمَين.
تتطلّب عمليّة تشخيص الأخطاء في عمل المتحكمات منهجاً ثابتاً وهيكليّة محكمة، بدءاً من فهم المكونات الأساسيّة لأنظمة التحكُّم وكيفيّة عملها، إلى استخدام التقنيات اللازمة واتّباع خطواتها لصيانة الأنظمة بالشكل الأمثل وتقليل وقت العطل. تشمل الطرق المنهجية باختصار جمع المعلومات وقراءة المصادر الموثوقة والتأكّد من سلامة أسلاك النظام ومراجعة البرنامج المنطقيّ وتتّبع سلوك النظام وضبط حلقات PID وأخيراً تنقيح الكود البرمجي المستخدم للمساهمة في حلّ المشاكل بسرعة ودقة.
ترجمة: | زينب احمد جواد |
مراجعة: | ميس حمود |
تدقيق لغوي: | تيماء العبيد |
تحرير: | محمد حنان |