plc مادختساب رمتسم ا رايت ا تاكرحم ةعرس يف مكحتا صخلم ا ·...

Volume 10 العدد

2017April ابريل

International Science and

Technology Journal

المجلة الدولية للعلوم والتقنية

حقوق الطبع محفوظة 2017لعلوم والتقنية ل الدولية مجلةلل

Copyright © ISTJ 2017 1

PLCالتحكم في سرعة محركات التيار المستمر باستخدام Sadek M. F. Elkuri

1, Hassan Ali Alghamoudi

1,Naji Mohamad Salem Gajam

1, Alfarjani

Abd- Alslam1

1Electric and Electronic Dept., Faculty of Engineering, Aljabal Algarby University, jado,

libya.

[email protected] ,[email protected] ,[email protected],

[email protected]

خصالمل ير سرعة احدي أنواع محركاتيبرمجة إحدى طرق التحكم في تغ يتلخص هذه البحث في

الن بعض من هذه التطبيقات وخاصة الكبرى منها تحتاج إلى تغيير سرعة التيار المستمر ابعيد PLCهذه المحركات بتقنيات عالية وسرعة استجابة كبيرة وهذا ال يتأتى إال باستخدام

ية في التحكم التي تستخدم في اغلب التطبيقات الصغيرة, هذه التقنية عن الطرق االعتياد المصانع والمحطات والشركات في ( تستخدم في اغلب التطبيقات الكبرى PLC)الحديثة

...ألخ.

Abstract

This paper presents knowing how to program one of the ways to

control the change in the speed of one of these types of motors

because some of these applications, especially the major ones

need to change the speed of these motors with high techniques

and rapid response, This can only be done by using PLC remote

from the usual control methods used in most small applications,

This modern technology (PLC) is used in most major

applications such as factories, stations and companies.

.المخطط السلمي ,دائرة التحكم ,PLC,محركات التيار المستمر -الكلمات الداللية

mailto:[email protected]







Technology Journal




المقدمة .1نتيجة لزيادة التعقيد في العمليات الصناعية الحديثة وكذلك زيادة الدقة المطلوبة فإن ذلك يتطلب جهاز تحكم دقيق يتميز بسرعة رد الفعل واالستجابة لتنفيذ متطلبات التحكم الدقيق هذه

لسرعة في االستجابة ليست متوفرة بالدرجة المطلوبة في األجهزة الكهروميكانيكية سواء من االمرحالت أو المزمنات كذلك إذا تغيرت متطلبات نظام التحكم فإن هذا يتبعه تغيير في

بالكامل, ولكن ومع الكهروميكانيكيةالتوصيالت لنظام التحكم وربما تغيير أجهزة التحكم باإلضافة إلى ما سبق .يتميز بسرعة استجابته الذيPLC كم المنطقي المبرمج استخدام الحا

صغر حجم وحدة التحكم فيه وقلة التكلفة في معظم التطبيقات وسهولة تغيير من ميزات فان منطق التشغيل بتغيير البرنامج فقط دون الحاجة إلى إعادة توصيل الدائرة وسهولة صيانتها

عله من أهم وحدات التحكم في يومنا هذا في المصانع والمحطات ومعرفة الخطأ أن وجد يج [3] .الكبرى بشكل عام

PLCالحاكم المنطقي المبرمج .2

input,كوحدات اإلدخال تتكون من الوحدات الرئيسية PLCتجد أن معظم أجهزة (1) حسب الشكل

modules وحدات المعالجة المركزية ,CPU units اإلخراجحدات وoutput modules وحدة باإلضافة إلى programmingوجهاز البرمجة operator moduleوحدات التشغيل و

.power supply unitمصدر القدرة هناك ومكوناته لتأدية مهامه هو عملية البرمجة, حيث PLCبالـتعتبر أهم وأصعب خطوة للعمل

ابة البرامج وعرضها منها على سبيل المثال البرمجة باستخدام المخطط عدة طرق تستخدم لكتوهذا النوع مناسب للمشاكل التي يمكن رسم الدائرة الكهربائية وتستخدم بكثرة LADDER السلمي

النوع وهذاFBD الوظيفيالمخطط الصندوقي بالنوع الثاني فيعرف أما في التحكم الكهربائي, لتمثل نظام تعاقبي زمني FLOWCHARTن لها خريطة سريان مناسب للمشاكل التي يكو

النوع مناسب للمشاكل التي يمكن تمثيلها هذاو STL.والنوع الثالث وهو ما يعرف بقائمة اإلجراءات بمعادلة منطقية.




Technology Journal




PLC(. الوحدات الرئيسية لجهاز 1الشكل )

هذه األنواع وأكثرها استخداما حيث يتم رسم الدائرة الكهربائية أهمLADDER األول يعتبر النوع رأسين ويكون الخط الراسي األيسر ذا القطب الموجب أي على اتصال مباشر بمصدر بين خطين

الجهد موجب بينما يكون الخط األيمن متصال باألرض ويكون مسار التيار من اليسار إلى اليمين ويستخدم المبرمج في هذه الحالة رموزا تختلف عن تلك التي تستخدم في الدوائر الكهربائية ويوضح

[5].هذه الرموز المستخدمة( بعض من 2الشكل )

Power Conductor

Network 1

Network 2

I0.0 I0.1

I0.4

I0.5

Output

Q0.0

Q0.1

(: المخطط السلمي ألحد البرامج2الشكل )

, كما في الشكل PLCخالل عملية متكررة تسمى دورة العمل PLCيتم تنفيذ البرنامج داخل جهاز

عدد حجم البرنامج, عوامل لعل أبرزها: ( أما بالنسبة لزمن دورة العمل فهو يعتمد على عدة3) االتصال المطلوب. , حجم متطلبانالمداخل والمخارج




Technology Journal




PLC(: دورة عمل3الشكل )

DC Motorsمحركات التيار المستمر .3تعتبر المحركات الكهربية بجميع أنواعها القوة المحركة لكثير من التطبيقات الصناعية, وتستهلك

بأنواعها كمية كبيرة من الطاقة الكهربية, لذلك من المهم دراسة أداء وخواص تلك المحركات الكهربية المحركات حتى يمكن استخدامها أفضل استخدام حسب طبيعة الحمل, وتعد محركات التيار المستمر من أهم األنواع حيث تستخدم بكثرة في الجر الكهربائي والروافع وصناعات الغزل والنسج ودرفلة

ذلك صناعات الورق واألسمنت .....الخ وذلك لما تتميز به من سهولة التحكم في سرعتها الحديد وك [8]. زم مرتفع خصوصا عند بدء الحركةوإعطائها ع

يمكن استخدام آلة التيار المستمر للعمل كمحرك وذلك بتغذية اآللة بجهد مستمر, حيث تقوم بتحويل حركية على عمود اإلدارة ( حيث يتم تغذية ملفات الطاقة الكهربية إلى طاقة ميكانيكية ) طاقة

المجال بالتيار الالزم لتوليد مجال مغناطيسي وفي نفس الوقت يتم تغذية ملفات عضو االستنتاج ) المنتج ( بتيار مناسب وذلك من خالل الفرش, ويقوم هذا التيار بتوليد مجال مغناطيسي آخر ونتيجة

ران العضو الدائر. تعتمد نظرية عمل محرك التيار المستمر على لذلك ينشأ عزم دوران يعمل على دو قانون فاراداي , فإذا وضع موصل يحمل تيار كهربي في مجال مغناطيسي فإنه يتولد قوة تتناسب مع

.[9]حركة الموصل

LIBF .. (1)

وتنقسم محركات التيار المستمر إلى نوعين رئيسيين حسب طريقة تغذية ملفات المجال إلى محركات التيار المستمر ذات التغذية المستقلة أو المنفصلة ومحركات التيار المستمر ذات التغذية الذاتية التي




Technology Journal




DC series), محرك التوالي )(DC shunt motor)وازي تنقسم بدورها إلى محرك الت

motor المحرك المركب ,DC compound motor .ألخ.....

Vin

IinIa If

VI/PEa

Rf

Ra

-

+

(: محرك تيار مستمر ذا تغذية ذاتية4الشكل )

التحكم قي محركات التيار المستمر .4

وفي ابسط الصور سبيل المثال علىفيتم بصور مختلفة فمنها محركات التيار المستمر التحكم في قتين وباختصاريرك و قفله...الخ. سيتم في هذا الجزء من البحث توضيح طر التحكم في تشغل المح

من طرق التحكم في المحركات على النحو التالي:

طرق التحكم قي بدء الحركة لمحركات التيار المستمربعض من .1.4

هذه التحكم في بدء حركة حركات التيار هي م التحكم في من بين الطرق المستفاد منها فيتقنين التيار المسحوب لحظة البداية, حيث يكون هذا التيار هو الهدف من هذا التحكم محركات.ال

حركات مالهذه مرتفع جدا فإذا لم يتم تقليله والتحكم فيه فلهو آثار سلبية فنية واقتصادية كبيرة على

ذلك من معادالت التيار اآلتية الموضحة بالنسبة لمحرك ويتضح. والمعدات الكهربائية األخرى :[7] التوازي

(2) a

aina

R

EVI

تكون أثناء تشغيل المحرك يكون الفرق بين جهد المنبع والقوة الدافعة العكسية مقدار صغير وبالتاليقيمة تيار المحرك هي القيمة التي يحددها الحمل , أما لحظة بدء الحركة تكون السرعة مساوية للصفر وبالتالي القوة الدافعة العكسية صفر أيضا )حيث تتناسب مع السرعة (, وبالرجوع إلى




Technology Journal




ى مقاومة نجد أن قيمة التيار عند البدء وهو عبارة عن الجهد المسلط مقسوما عل (3) المعادلة المنتج وهذا التيار قيمته عالية جدا حسب المعادلة التالية في البداية:

a

instarting

R

VI (3)

( وهو عبارة عن مقاومة starterولذلك يجب استخدام وسيلة بدء حركة أو ما يسمى ببادئ الحركة )توصل على التوالي مع المنتج وهذه المقاومة بدورها تحد من قيمة التيار في بغض االحيان متغيرة

ا , فعندما يتحرك المنتج تتولد قوة دافعة عكسية )مضادة( تقلل من قيمة إلى القيمة المسموح بهالتيار المار, بعدها تغير قيمة المقاومة المتغيرة تدريجيا حتى يصل المحرك إلى سرعته المقننة فعندها

.[9]تصل قيمة المقاومة المتغيرة إلى الصفروهو عبارة عن مقاومة من عدة (5)ل كما في الشك في المحركات الصغير يستعمل بادئ حركة يدوي

أجزاء تكون على التوالي مع المنتج, وتخرج هذه المقاومة يدويا على مراحل حتى يصل المحرك إلى سرعته النهائية, عندئذ يكون المحرك موصل مباشرة بمنبع الجهد.

على التوالي(:بادئ الحركة اليدوي لمحرك 5الشكل ) 20يستخدم بادئ الحركة األوتوماتيكي في محركات التيار المستمر ذات قدرات أعلى من ينماب

( الذي يفصل المحرك عن المنبع عند overloadحصان وهو مزود بملف )متمم( فوق الحمل )( للقيام بعمل المفتاح الرئيسي circuit-breakerزيادة الحمل كما يوجد أيضا قاطع أوتوماتيكي )

(Sعن )(يبين مخطط لترتيب بدء الحركة.6د حدوث قصر في الدائرة . الشكل )




Technology Journal




واليالت على محركل األوتوماتيكي(: بادئ الحركة 6الشكل )

مرتار المسيتنظيم السرعة لمحركات الت .2.4

مع المنتج أو لمعظم محركات التيار المستمر, وجد أن السرعة تتغير إما عن طريق مقاومة متصلة عن طريق الجهد المسلط على أطراف المحرك أو عن طريق تغير الفيض المغناطيسي عن طريق دائرة المجال. لذلك سوف نركز على نوع واحد لطرق التنظيم والذي تمت محاكاته هنا أال وهو محرك

:نذكرها باجاز كالتاليوهناك عدة طرق لتنظيم السرعة التواليفي هذه الطريقة لتنظيم السرعة تستخدم مقاومة متغيرة توصل بالتوالي ومة متغيرة:أوال: استخدام مقا

مع دائرة المنتج ويتم تنظيم السرعة بإدخال جزء من المقاومة في الدائرة مما يغير من قيمة المقاومة المحصلة للمنتج.

ى الفيض تتوقف سرعة المحرك عل ثانيا: توصيل مقاومة على التوازي مع ملفات المجال:إال عن طريق ذلك المغناطيسي وبالتالي على تيار المجال. التحكم في قيمة تيار المجال ال يتأت

بحيث يمكن تغيير قيمة تيار المجال عن طريق تغيير مة على التوازي مع ملفات المجالتوصيل مقاو ( يوضح طريقة توصيل الدائرة.7المقاومة الشكل )




Technology Journal




مع ملفات المجال (: تنظيم السرعة لمحرك باستخدام مقاومة علي التوازي 7الشكل )

نستطيع في بعض األحوال أن نتحكم في تيار المجال عن طريق تقسيم ثالثا: تقسيم ملفات المجال:

ملفات المجال على األقطاب إلى قسمين أو أكثر وتوصيلهما على التوازي معا بدال من توصيل ( وبهذه الطريقة نستطيع 8على األقطاب كلها على التوالي, كما هو واضح في الشكل ) الملفات

التحكم في تيار المجال وبالتالي في سرعة المحرك.

(:تنظيم السرعة لمحرك التوالي بتقسيم ملفات المجال8الشكل )




Technology Journal




تصميم دائرة التحكم .5

لغرض تشغيل ثالث مرحالت 2N2222ترانزستورات من النوع تتكون دائرة السيطرة من ثالثة(Relays) مربوطة على دائرة المحرك حيث تعمل بمصدر فولتيه مقداره (5V وهذه ,)

المرحالت.( لملفات Driversالترانزستورات تعمل كمشغالت )ية مع إمكان Drivers Fast Switchingيمتاز بأنه مفتاح سريع 2N2222 الترانزستور من نوع

.800mA إلىيصل (Collector Current)إمراره لتيار مجمع عال 53Ωحيث إن مقاومة هذه الملفات تساوي 94mA التيار الالزم لتشغيل ملفات المرحالت يساوي و

تقريبا بعد قياسها عمليا بواسطة جهاز االوميتر.

mAR

VI DC

DC 9453

5

Rتمثل الفولتيه التي يعمل بها المرحل و VDCو المرحل تشغيلل الالزم التيار يمثلIDC حيثوتحتوي 5V كما تم التنويه عليها قيمتها المرحالت المستخدمة تعمل بفولتية مقاومة ملف المرحل.

التوالي مع على R4 , R5 من مقاومتينأيضا على مفتاح يتغير باتجاهين , دائرة التحكم تتكون كما هو موضح .PLCإلى الجزء الرئيسي في الدائرة آال وهو جهاز التحكم باإلضافة المحرك

.الدائرة هذه القطع المستخدمة فييوضح ( 1رقم )الجدول و (.9)بالشكل رقم

R1

1k

R2

1k

R3

1k

Q1

2N2222

Q2

2N2222

Q3

2N2222

RL1

RL2

RL3

BAT

12V

R4

100

R5

100

PLC

Vcc

Vcc

Vcc

.(: دائرة السيطرة على سرعة المحرك9الشكل )

والمرحل الثاني يسيطر على عملية إدخال المرحل األول يسيطر على تشغيل أو قطع دائرة المحرك,. R5 الثالث عل إدخال أو قصر المقاومة إلى الدائرة أو قصرها, بينما يسيطر المرحل R4 المقاومة




Technology Journal




كما الحاالت التي تشتغل فيها الترانزستورات والسرعات المكافئة للمحرك. (2ويوضح الجدول رقم) .( الدائرة العملية المستخدمة في السيطرة على سرعة المحرك10يوضح الشكل)

(: القطع المستخدمة في الدائرة.1جدول) نوع القطعة رقم القطعة

1 2 3 Transistors

4 5 6 PLC

.(: الدائرة العملية بعد التركيب10(الشكل

حرك.تي يوضح حاالت التشغيل لسرعة المالجدول اآل ( يوضح حاالت التشغيل لسرعة المحرك.2جدول)

Q1 Q2 Q3 Motor speed رقم الحالة

1 ON ON ON Maximum

2 ON ON OFF Medium

3 ON OFF OFF Minimum

4 OFF OFF OFF OFF




Technology Journal




,Q3)حيث تكون الترانزستورات الثالث PLC الحالة األولى عند تشغيليوضح ( 11الشكل)إما

Q2, Q1) تعمل في منطقة التشبع في حا(لة تشغيلSaturation وتمرر تيار في ملفات )المرحالت مما يسبب غلق مفاتيح المرحالت الثالث,وهذا يؤدي إلى توصيل دائرة المحرك مع قصر

short circuiting المقاومتين R5 , R4 وهذا يعني أن الدائرة تكون في حالةNo Load بدونألن صافي الفولتيه المسلطة عليه Maximum Speedلقصوى حمل فيعمل المحرك بسرعته ا

ستكون أعلى ما يمكن.

(:المخطط التشغيلي للحالة األولى.11(الشكل

الخاص بجهاز ((I02( عندما يكون الدخل 12و في الحالة الثانية كما هو موضح في الشكل )

PLC سيتم إدخال المقاومة مشغل R4 وتبقىR5 يؤدي إلى هبوط في سرعة في حالة قصر وهذاالمحرك نتيجة لهبوط جهد الدخل وفي هذه الحالة يعمل المحرك عند القيمة المتوسطة للسرعة

Medium Speed.

(:المخطط التشغيلي للحالة الثانية12الشكل )




Technology Journal




سوف (,Q3, Q2) فأن كل من الترانزستورين (I03) (عند تشغيل13أما في الحالة الثالثة الشكل) معا R5 ,R4 ال يعمالن مما يسبب فصل نقاط تالمس المرحلين الثاني والثالث ودخول المقاومتين

Minimum المحرك ودورانه بأدنى سرعة إلى الداخلة الفولتيه صافي هبوط يسبب مما الدائرة إلى

Speed,

. (: المخطط التشغيلي للحالة الثالثة.13الشكل )

( فأن 14( كما هو موضح في الشكل )OFFتكون المخارج في حالة )وفي الحالة األخيرة عندما الترانزستورات الثالث ال تعمل ويتوقف المحرك عن الدوران ألن نقاط تالمس المرحل األول ستنفصل

مما يسبب قطع الدائرة.

.األخيرة(: المخطط التشغيلي للحالة 14الشكل )




Technology Journal




االستنتاجات .6

حظنا إن هذه الحقيبة العملية أعطتنا اإلمكانية في بناء دائرة تحكم ال في هذه الورقةمن خالل عملنا يمكن االستفادة منه لتشغيل هذه المحركات أو غيرها من األجهزة تلقائيا وفق PLCباستخدام جهاز كذلك عند تشغيل الدائرة لوحظ بأن اختيار الترانزستورات الالزمة لتشغيل المرحالت برمجيات معينة.

يكون الترانزستور قادرا على إمرار تيار كاف لتشغيل المرحالت في حالة أنبحيث يشترط يكون مهماوبناء دوائر الكترونية أكثر PLCالفتح والغلق, ويمكن التوسع في هذا العمل باالستفادة من جهاز

.ه الورقةتعقيدا للتحكم في سرعة المحركات تستند على ما ورد في هذ

.المراجع .7

[1] Programmable Logic Controllers, C.Simpson, 1993.

[2] Programmable Controllers Theory and Implementation, Second,

Edition, L.A. Bryan.

[3] Automating Manufacturing Systems with PLCs,(Version 4.5, April

16, 2004), Hugh Jack.

[4] Programmable Logic Controllers, J. W. Wabb and R. A. Reis, 1994.

[5] The PLC workbook, Clement Jewery, 1993.

[6] Programmable Logic Controllers and their Engineering

Applications, A. Crispin, 1990.

[7] Raghavan S., Digital Control for Speed and Position of a DC Motor,

MS Thesis, Texas A&M University, Kingsville, Aug. 2005.

[8] Electric Motors and Drives Fundamentals, A. Hughes, Heinemann

Newnes,1990.

[9] Principle of Electric Machines and Power Electronics, P.C.

Sen, Jon Wiley & sons, Inc., 1997. .

plc مادختساب رمتسم ا رايت ا تاكرحم ةعرس يف مكحتا صخلم ا ·...

Documents