الفصل الرابع : معالجة المداخل والمخارج I/O Processing
فى هذا الفصل نستمر فى مناقشة المدخلات والمخرجات المذكورة فى الفصل الثانى حيث نتناول باختصار معالجة الإشارات من أجهزة الإدخال والإخراج.
وحدات الدخل أو الخرج I/O تقوم بعمل "الوسيط" interface بين المتحكم PLC والعالم الخارجى وبالتالى يجب أن تقوم بعملية التكييف (التهيئة) اللآزمة للإشارة من حيث المستوى المطلوب للأشارة وكذلك عزلها من أى أخطار كهربائية محتملة مثل الجهد المرتفع .
يتضمن هذا الفصل أشكال نموذجية لوحدات الإدخال / الإخراج ( تسمى موديول modules ) وطريقة إتصالها بالمتحكم PLC حيث تكون أجهزة الاستشعار مثبتة على مسافة من معالجة المتحكم .
4-1 وحدات الإدخال و الإخراج Input / Output Units
إشارات الدخل من الحساسات (المستشعرات) والمخارج المطلوبة للأجهزة المنفذة تنقسم إلى :
1- إشارات تناظرية (تماثلية – تشابهية) "أنالوج" Analog : أى الإشارات التى يكون قياسها (مقدارها) مرتبط بقياس الكمية التى يتم الإحساس بها .
2- إشارات متقطعة (منفصلة) Discrete : أى فى الاساس مجرد إشارة توصيل وفصل on/off .
3- إشارات رقمية Digital : أى عبارة عن تتابع من النبضات .
وحدة المعالجة المركزية CPU يجب أن يكون دخلها إشارات رقمية بقياس محدد (عادة من 0 إلى 5 فولت ) . والخرج من وحدة المعالجة المركزية أيضا يكون رقمى (عادة من 0إلى 5 فولت ).
لذلك نحتاج فى الغالب إلى معالجة إشارات الدخل والخرج لكى تصبح فى الشكل المطلوب .
4-1-1 وحدات الإدخال :
المصطلح "مصدر" sourcingوالمصطلح "مصب أو بالوعة" sinking توضح حالة الربط بين الأجهزة ووحدات الدخل للمتحكم .
فوحدات الدخل المصدر تكون هى مصدر الإمداد بالتيار لجهاز الدخل المتصل بها (الشكل 4-1-أ ) .
ووحدات الدخل المصب يكون جهاز الدخل هو الذى يمدها بالتيار (الشكل 4-1-ب).
الأشكال 4-2 و 4-3 تبين دوائر وحدات الدخل الأساسية لكل من مداخل التيارالمستمر DC والتيار المتردد AC. تستخدم العوازل الضوئية لتوفير الحماية .
فى حالة وحدة الدخل للتيار المتردد يستخدم دائرة قنطرة (بريدج) توحيد لتوحيد التيار المتردد وإشارة التيار المستمر الناتج تستخدم مع العازل الضوئى لتعطى إشارات دخل الى وحدة المعالجة المركزية للمتحكم PLC .
يتم إضافة مصدر ضوئى لبيان حالة كل مدخل عندما تصل الإشارة اليه .
يمكن إدخال الإشارات التماثلية إلى المتحكم PLC إذا كانت قناة الدخل قادرة على تحويل الإشارة إلى إشارة رقمية باستخدام المحول من تناظرى إلى رقمى . مع نظام الرفوف rack (راك) يمكن تحقيق ذلك من خلال وحدة (بطاقة - كارتة card) دخل تناظرى مناسبة في الراك rack. بحيث لا يتطلب بطاقة لمدخل تناظرى وغالبا ما يستخدم عملية إنتخاب multiplexing كما فى الشكل (4-4) . وهذا يعنى أنه يمكن توصيل أكثر من دخل تناظرى إلى البطاقة ثم تستخدم تحويلات (مفاتيح) ألكترونية لإختيار كل دخل على حدة . عادة ما تتاح بطاقات بعدد 4 أو 8 أو 16 دخل تناظرى.
الشكل (4-5-أ ) يبين وظيفة المحولADC . إشارة دخل مفردة (وحيدة) تعطى بالمقابل إشارات خرج على شكلon/off ربما تصل الى ثمانى إشارات .
الإشارات الثمانية تشكل ما يطلق عليه "الكلمة الرقمية" المناظرة لمستوى الدخل التناظرى . ويسمى المحول بمحول 8-bit .
مع مثل هذا المحول يكون هناك عدد قدره 2 أس 8 من القيم التنائية أى 256 قيمة وهذه القيم من 0000 0000 الى 1111 1111 أى من 0 الى 255.
الخرج الرقمى يرتفع على شكل درجات (الشكل 4-4-ب ) والجهود التناظرية اللآزمة لإنتاج كل خرج رقمى (درجة واحدة) تسمى المستويات الكمية quantization .
المصطلح resolution "القدرة على التحليل أو التمييز" يستخدم للتعبير عن أصغر تغيير فى الجهد التناظرى يعطى مقابله تغييرفى خانة واحدة فى الخرج الرقمى .
إذا استخدمنا 8-bit ADC وكانت إشارة الدخل التناظرية تتغير بين 0V و 10V فإن الخطوة أوالدرجة لخانة رقمية واحدة تعبر عن أو تشمل تغير فى الدخل التناظرى قدره 10/255 V أو حوالى 0.04 . وهذا يعني أن تغيير 0.03V فى الدخل سوف لا ينتج أي تغيير فى الخرج الرقمى . لذلك فإن عدد الخانات (البتات) فى الخرج من محول الأنالوج إلى رقمى تتحدد على دقته .
إذا تم إستخدام محول ADC من نوع 10-bit يكون عدد القيم الرقمية المتاحة هى 2 أس 10 أى 1024 , وللمدى الكامل للدخل التناظرى الذى يتغير من 0 إلى 10V تكون خطوة الخانة الرقمية الواحدة تناظر تغيير فى الدخل التناظرى قيمته10/1023 V أو خرج قدره 0.01 V .
وإذا كان المحول ADC من نوع 12-bit يكون عدد القيم الرقمية الممكنه هى 2 أس 12 أى 4096 , وللمدى الكامل للدخل التناظرى الذى يتغير من 0 إلى 10V تكون خطوة الخانة الرقمية الواحدة تناظر تغيير فى الدخل التناظرى قيمته10/4095 V أو خرج قدره 2.4 mV .
وعموما تكون دقة المحول ADC من نوع n-bit هى 1/(2n – 1) .
وفيما يلى توضيح لعمل محول ADC نوع 8-bit عندما يكون الدخل التناظرى فى المدى من 0 إلى 10V :
لتوضيح ما ورد أعلاه نعتبر إستخدام الثرموكابل كحساس مع المتحكم PLC ويعطى خرج 0.5 mV لكل درجة مئوية .
ما هى الدقة التى سوف يعمل بها المتحكم PLC على تشغيل جهاز خرج إذا كان الثرموكابل موصل إلى مدخل تناظرى ذات مدى 0 إلى 10V d.c والمحول ADC من النوع 10-bit ؟
بإستخدام محول 10-bit يكون عدد الخانات التى تغطى المدى من 0 إلى 10V هى 210 = 1024 bits . ويكون التغير المناظر لخانة واحدة هو 10/1023 V أو حوالى 0.01 V أى 10 mV . ومن ثم تكون الدقة التى سوف يتعرف بها المتحكم PLC على الدخل من الثرموكابل هى ±5 mV أو ±10oC .
4-1-2 وحدات الخرج
الرئيسية 
