المقدمة
تسمح الحساسات للـ PLC بالكشف عن حالة عملية ما. تستطيع الحساسات المنطقية الكشف عن الحالة التي تكون ( صح أو خطأ ) فقط. ندرج فيما يلي بعض الظواهر الفيزيائية التي يتم الكشف عنها بشكل نموذجي :
● هل يوجد جسم معدني قريب؟ - الاقتراب التحريضي.
● هل يوجد عازل قريب؟ - الاقتراب السعوي.
● هل يقوم جسم ما بكسر أشعة الضوء أو عكسها؟ - وجود ضوء.
● هل يلامس جسم ما المفتاح؟ - تلامس كهربائي.
مؤخراً انخفضت تكاليف إنتاج الحساسات و أصبحت الحساسات بدورها مادة سلعية يتراوح سعرها بين 50€ و 100€. تتوفر الحساسات بأشكال مختلفة و ذلك حسب الشركات المصنعة.
سنبدأ هذا الفصل بفحص تقنيات الوصل المختلفة للحساسات و سننهيه باختبار عدة أنواع من حساسات شائعة الاستخدام.
4-1 وصل الحساسات (Sensors wiring):
عندما يكشف حساس عن تغير منطقي يجب أن يبعث بإشارة التغير إلى وحدة الـ PLC. و يتم ذلك غالباً عن طريق السماح بمرور تيار كهربائي أو منعه، أو تغيير جهد نقطة ما. في بعض الحالات يستخدم خرج الحساس لتشغيل/ تفعيل الحمل بشكل مباشر دون المرور بعنصر الـ PLC.
ندرج فيما يلي خرج بعض الحساسات ( و هي في نفس الوقت دخل الـ PLC ) و ذلك حسب شيوعها:
غاطسة / مصدر – تشغل التيار أو تطفئه.
قواطع صرفة ( بسيطة ) – توصل جهد كهربائي أو تقطعه.
حاكمات في حالة صلبة – تمرر تيار متناوب.
TTL – تستخدم خرج 0V أو 5V للدلالة على المستويات المنطقية.
4-1-1 القواطع (Switches) :
أبسط مثال على خرج الحساسات هي القواطع و الحاكمات. يظهر الشكل 4-1 مثال بسيط.
في الشكل يستخدم قاطع تلامسي من نوع NO و يتصل بنقطة الدخل 01 على وحدة الـ PLC. يظهر الشكل أيضاً حساس مع خرج حاكمة. يجب أن يزود الحساس بالطاقة بشكل منفصل، لذلك نهاية كل من V+ و V- تتصل بوحدة التغذية. سيصبح الخرج فعالاً عند تحسس ( اكتشاف ) ظاهرة ما، هذا يعني أن القاطع الداخلي ( غالباً ما يكون حاكمة ) سوف يغلق سامحاً بمرور التيار و سيطبق جهد كهربائي موجب على نقطة الدخل 06.
[CENTER]
الشكل (1-4) مثال عن حساسات القواطع
[/center]
4-1-2 الحساس الترانزستوري Transistor Transistor Logic ) T.T.L ):
يعتمد الـ T.T.L على مستويين للجهد الكهربائي، 0V عندما يكون الجواب المنطقي 0 أي خطأ، و 5V عندما يكون الجواب المنطقي 1 أي صح. إن الجهد الكهربائي يمكن أن يكون في الحقيقة أكبر من 0V أو أقل من 5V و مع ذلك يتم الكشف عنه بشكل صحيح. هذه الطريقة تتأثر بشكل كبير بالضجيج الكهربائي على أرض المصنع، لذلك يجب استخدامها فقط عند الضرورة.
خرج الـ T.T.L. شائع في الأجهزة الكهربائية و الحواسب و أحياناً تكون ضرورية. عند وصل الدارات البسيطة بأجهزة أخرى فإنها تستخدم لتحسين الإشارة، مثل مقداح شميت
( Schmitt Trigger ) المبين في الشكل (2-4) .
[CENTER]الشكل (2-4) مقداح شميت
[/center]
يستقبل مقداح شميت جهد دخل بين 0 – 5 V و يحوله إلى 0V أو 5V. إذا كان الجهد في مجال مبهم، بين V1.5 و 3.5V فإنه سيتم تجاهل الإشارة. إذا كان للحساس خرج T.T.L. يجب على وحدة الـ PLC أن تستخدم كرت دخل T.T.L. لقراءة القيم.
4-1-3 الحساسات الغاطسة / المصدر (Sinking \ Sourcing) :
الحساسات الغاطسة تسمح بمرور التيار للحساس و منه إلى الجهد المشترك بينما تسمح حساسات المصدر للتيار بالمرور خارج الحساس من المصدر الموجب. التأكيد في كلتا الحالتين هو على مرور (تدفق) التيار و ليس على الجهد، لأنه باستخدام تدفق التيار بدلاً من الجهد تقل مشاكل الضجيج الكهربائي.
عند مناقشة المصدر أو الغاطسة فإننا نشير إلى خرج الحساس الذي يعمل كقاطع. في الحقيقة ، يكون عادة خرج الحساس عبارة عن ترانزستور يعمل كقاطع ( مع خسارة قليلة في الجهد ). يستخدم من أجل خرج مصدر ترانزستور PNP، أما من أجل خرج غاطس يستخدم ترانزستور NPN. عند مناقشة هذه الحساسات فإن المصطلح مصدر يدل على PNP و بالعكس ، و كذلك المصطلح يدل على NPN و العكس صحيح.
يظهر الشكل (3-4) مثالاً بسيطاً على حساس غاطس. يحتوي الحساس على بعض الأجزاء التي تتعامل مع الكشف و هو القسم اليساري. يحتاج الحساس لتغذية بالجهد ليقوم بعمله لذلك يجب تزويده بها. إذا قام الحساس بالكشف عن ظاهرة معينة فإنه سوف يقدح الخط الفعال. يتم وصل الخط الفعال مباشرة بترانزستور NPN ( ملاحظة : في ترانزستور NPN يشير السهم بعيداً عن القاعدة ).
إذا كان الجهد على الخط الفعال للترانزستور 0V عندها لا يسمح الترانزستور بمرور التيار إلى الحساس. عندما يصبح الجهد على الخط الفعال للترانزستور أكبر ( 12V مثلاً ) عندها سوف يعمل الترانزستور و يسمح بتدفق التيار إلى الحساس ثم نقطة التأريض ( Common ).
[CENTER]
الشكل (3-4) حساس غاطس
[/center]
ملاحظة جانبية: يستجيب الحساس عادة لظاهرة فيزيائية. إذا كان الحساس غير فعال ( لم يكتشف شيء ) عندها يكون الخط الفعال ذو جهد منخفض و يكون الترانزستور مطفأً، أي كقاطع مفتوح. و هذا يعني أن خرج الـ NPN لا يملك أي تيار خارج أو داخل. أما عندما يتفعّل الحساس، يصبح جهد الخط الفعال مرتفعاً مما يؤدي إلى عمل الترانزستور، أي إغلاق القاطع. عندها سيتدفق التيار إلى الحساس و منه إلى نقطة الأرض ( بما إنه حساس غاطس ). الجهد على خرج الـ NPN سوف ينخفض إلى V-. ملاحظة : سيكون الجهد دائماً أعلى بـ 1V – 2V بسبب الترانزستور. عندما يطفأ الحساس سوف يرتفع خرج الـ NPN بشدة و لذلك تحتاج أي دارة رقمية إلى مقاومة ( resistor Pull- up ).
حساسات المصدر مكملة للحساسات الغاطسة . تستخدم حساسات المصدر ترانزستور PNP كما هو مبين في الشكل (4-4) ( ملاحظة : في ترانزستور PNP يشير السهم إلى القاعدة ). عندما يكون الحساس غير فعال، فإن الخط الفعال يحافظ على قيمة الجهد V+ و يبقى الترانزستور مطفأ. عندما يتحسس الحساس لشيء عندها يصبح جهد الخط الفعال 0V و يسمح الترانزستور للتيار بالتدفق إلى خارج الحساس .
[CENTER]
الشكل (4-4) حساسات المصدر
[/center]
ملاحظة جانبية : يستجيب الحساس كما نعلم لظاهرة فيزيائية ما. إذا كان الحساس غير فعال ( لم يكتشف شيء ) عندها يكون الخط الفعال ذو جهد مرتفع و يكون الترانزستور مطفأ، أي قاطع مفتوح. هذا يعني أن خرج الـ PNP لا يملك أي تيار داخل أو خارج. عندما يتفعل الحساس فإن جهد الخط الفعال يصبح منخفضاً مما يؤدي إلى عمل الترانزستور و إغلاق القاطع. هذا يسمح للتيار بالتدفق من النقطة V+ و خلال الحساس إلى الخرج ( بما أنه حساس مصدر ). الجهد على خرج الـ PNP سوف يرتفع إلى V+ . ملاحظة : سيكون الجهد دائماً أدنى بـ 1V – 2V بسبب الترانزستور. عندما يطفأ الحساس فإن خرج الـ PNP سوف يرتفع بشدة، لذلك تحتاج أي دارة رقمية إلى مقاومة خافضة Pull-down Resistor) )
تكون معظم حساسات الـ PNP و NPN قادرة على التعامل مع تيارات تصل شدتها إلى بضعة أمبيرات و تستعمل لإيصال الحمل بشكل مباشر( يجب تفقد المواصفات التي تتحملها من جهد و تيار). يوضح الشكل (5-4) مثال عن استخدام حساسات غاطسة و مصدر للتحكم بالإضاءة ( يمكن أن يكون هذا المثال لكاشفات حركة تقوم بإشعال الإضاءة في الممرات المظلمة ).
في النظام الغاطس الظاهر في الشكل (5-4) يطبق على الضوء جهد V+ من طرف واحد. يتصل الطرف الآخر بخرج الـ NPN للحساس؛ عندما يعمل الحساس يكون التيار قادراً على التدفق خلال الضوء إلى الخرج ثم النقطة V- ( ملاحظة : نعم سوف يسمح للتيار بالتدفق خلال خرج حساس الـNPN). في نظام المصدر فإن الضوء سوف يعمل عندما يتفعل الخرج، ليسمح للتيار بالتدفق من النقطة V+، خلال الحساس فالضوء ثم النقطة V-.
و من الأهمية بمكان الآن عند هذه النقطة ذكر ما هو واضح : خرج الحساس سيكون دخلاً للـ PLC، و كما رأينا في السابق فإن هذا لا يدل بالضرورة إلى جهة مرور التيار. هناك مقاربتان قابلتان للتطبيق عند وصل الحساس بعنصر PLC. الأولى هي استخدام حساسات PNP بشكل دائم مع كروت دخل ذات جهد عادي، و الثانية هي شراء كروت دخل مصممة بشكل خاص لحساسات مصدر أو غاطسة. يظهر الشكل (6-4) مثال عن كرت PLC لحساس غاطس.
[CENTER]
الشكل (6-4) كرت PLC لحساس غاطس [/center]