توفر الدارات المنطقية القابلة للبرمجة العديد من الميزات للمستخدمين. إذ شكلت منذ ابتكارها ثورة في عالم الصناعات والتصنيع، حتى لا يكاد يستغنى عنها في أي عمليةٍ صناعيةٍ في يومنا هذا.

تعريف الدارات المنطقية القابلة للبرمجة

الدارات المنطقية القابلة للبرمجة Programming Logic Controller والتي يرمز لها بـ PLC، هي أجهزة حواسيبٍ رقميةٍ مصممةٍ لأداء الوظائف التحكمية في ظل بيئاتٍ صناعيةٍ قاسيةٍ كالرطوبة والجفاف ودرجات الحرارة القصوى، وتستخدم لأتمتة العمليات الصناعية كخطوط التجميع في المصانع أو محطات معالجة المياه والأماكن المشابهة لتلك.

تتوافر الدارات المنطقية القابلة للبرمجة بشكل وحدات مما يتيح للمستخدم إمكانية إضافة مجموعةٍ متنوعةٍ من الوظائف كالتحكم في المحركات والاتصالات التسلسلية، وتكمن ميزتها في سهولة اكتشاف الأخطاء عند العمل خلالها بالإضافة إلى موثوقيتها الكبيرة، وتنوعها وتكلفتها المنخفضة مقارنة بنظرائها.

تُستخدم اليوم في معظم الصناعات العملية وعمليات التصنيع، وقد بنيت بدايةً لتحل محل الأنظمة الكهروميكانيكية ولتقدم حلًا مبتكرًا لتعديل أنظمة التحكم؛ فبدلًا من الاضطرار إلى إعادة التعديل على التوصيلات أو تعديل عمليات البرمجة، يمكن أداء هذه المهام في غضون دقائق أو ثوان.1

تاريخ الدارات القابلة للبرمجة

يعود تاريخ الدارات المنطقية القابلة للبرمجة إلى أواخر عام 1960 عندما كانت شركات تصنيع السيارات الكبيرة الأمريكية تبحث لخفض تكاليفها من خلال إيجاد حل بديل عن استبدال أنظمة التحكم المعقدة. وفي عام 1969 أنشأ ديل مورلي أول وحدة تحكمٍ منطقيةٍ قابلةٍ للبرمجة.

وحتى عام 1973، لم تحقق الفكرة أي نجاح تجاري، ولكنّها بدأت في ستينات وسبعينات القرن الماضي تزداد قوة، حتى أصبحت الآن واحدة من أكثر المكونات المستخدمة في قطاع الأتمتة الصناعية في السوق العالمية.2

مكونات الدارات المنطقية القابلة للبرمجة

تتكون هذه الدارات من مجموعة من الأجهزة الداخلية هي:

  1. وحدة المعالجة المركزية: بمثابة الدماغ الخاص بالدارة، وتحوي بدورها على وحدة الحساب والمنطق ALU المسؤولة عن معالجة وتنفيذ العمليات الحسابية – كالجمع والطرح – والعمليات المنطقية المختلفة. بالإضافة إلى مجموعةٍ من المسجلات المستخدمة لتخزين المعلومات الخاصة بتنفيذ البرنامج، ووحدة التحكم التي تعنى بالتحكم بتوقيت العمليات المختلفة.
  2. النواقل: وهي المسارات المستخدمة في الاتصالات الداخلية في الدارة؛ حيث ترسل المعلومات في الدارة بشكلٍ ثنائيٍّ كمجوعةٍ من البتات.
  3. الذاكرة: بكل تأكيدٍ هناك حاجةٌ لتخزين المعلومات في الذاكرة للوصول إليها ومعالجتها بالشكل الأمثل.
  4. وحدات الإدخال والإخراج: تشكل الواجهة بين النظام والمستخدم، مما يتيح إجراء مجموعة اتصالاتٍ عبر قنوات الإدخال والإخراج إلى أجهزة الإدخال كأجهزة الاستشعار، وأدوات الإخراج كالمحركات. يمكن أن تتمثل أدوات الإدخال في لوحات المفاتيح أو أجهزة الاستشعار، كما تكون المدخلات بشكلٍ رقميٍّ أو تناظريٍّ. في حين تتمثل أدوات الإخراج في مجموعةٍ واسعةٍ من الأدوات كالمحركات والصمامات.3

آلية عمل الدارات المنطقية القابلة للبرمجة

تتلقى الدارة معلومات من أجهزة الاستشعار المتصلة أو من أدوات الإدخال لتعالج البيانات وتحفز المخرجات استنادًا إلى تعليماتٍ برمجيةٍ مسبقةٍ، واعتمادًا على المدخلات والمخرجات يمكنها رصد وتسجيل البيانات كوقت التشغيل ودرجات الحرارة، كما يمكنها بدء وإيقاف العمليات وتوليد الإنذارات في حال الأعطال والعديد من الوظائف التي تنفذ معًا.4

تتم برمجتها بكتابة برنامجٍ خاص على الحاسب، ثم ينقل إلى وحدة التحكم حيث بدأ العمل عليه، ويمكن استخدام المخططات الانسيابية في عمليات البرمجة كما يمكن استخدام البيانات المنطقية أو البرمجيات التقليدية.

أما آلية العمل الداخلية في الدارات المنطقية القابلة للبرمجة فتكون بالشكل الآتي:

يتم إدخال البيانات عبر أجهزة الإدخال، لتقوم وحدة المعالجة بتخزينها في الذاكرة. وتتم كتابة التعليمات البرمجية أو الرموز التحكمية على جهاز البرمجة ثم تقوم وحدة المعالجة بدورها بجلب هذه التعليمات من ذاكرة المستخدم، وتنفذ إشارات الدخل ومعالجتها للتحكم في إشارات الإدخال.

تخزن نتائج التنفيذ في الذاكرة الخارجية ثم تقوم وحدة المعالجة اعتمادًا عل هذه النتائج بتنفيذ العليات المطلوبة مثل ضبط التوقيت أو التحقق من الذاكرة وغيرها.5

مزايا ومساوئ الدارات القابلة للبرمجة

  • المزايا:
    1. صغيرة الحجم يمكن استخدام الدارات المنطقية القابلة للبرمجة بسهولةٍ دون عناءٍ ولا تشكل عائقًا بل تدمج مع الأجهزة بطريقةٍ مريحةٍ.
    2. الموثوقية: تعتبر فرص حدوث الأخطاء أو العيوب فيها قليلة، كما أن استخدامها يقلل من الأخطاء البشرية.
    3. اقتصادية: بما أن احتمال الأخطاء فيها قليل فهي تعتبر مفيدة في عملية استثمار الوقت والجهد.
    4. توفير الطاقة: متوسط استهلاكها من الطاقة ضئيل جدًا وتعمل بطاقة تصل إلى 24 فولت.
    5. سهولة الصيانة واكتشاف الأخطاء.
    6. المرونة الهائلة: إذ يمكن تنفيذ وظائف معقدة كالعمليات الحسابية وعمليات المقارنة وتأخير الزمن بسرعةٍ معالجةٍ عاليةٍ.
    7. قابلة لإعادة البرمجة.
    8. مصممة للبيئات الصناعية؛ لذا فهي ذات قدرة كبيرة على التحمل.6
  • العيوب:
    1. تتطلب التدريب كونها تعتبر تكنولوجيا جديدة.
    2. لا تخدم الدارات المنطقية القابلة للبرمجة جميع التطبيقات كتلك التي تؤدي وظيفة واحدة.
    3. بيئات استخدامها محدودة، ويمكن لدرجات الحرارة العالية جدًا أن تعطل المعدات الإلكترونية الموجودة فيها.
    4. تحتاج معدات أمنية إضافية.7

المراجع