דיאגרמת סולם מבוא - 2 לוגיקה של מפסקים – Relay Logic במצגת זו נעשה הכרה עם הרכיבים העיקריים של מערכות בקרה חשמליות (המערכות שהיו הנפוצות ביותר לפני פתוח הבקרים המתוכנתים). וכיצד יוצרים מרכיבים אלו מערכות בקרה בהמשך נראה איך שפת דיאגרמת הסולם מתקשרת למערכות אלו.

מקור האנרגיה –שנאי מתח מערכות בקרה מתופעלות ומתוחזקות ע"י טכנאים . כדי לשמור על בטיחותם עובדות מערכות אלו במתחים נמוכים יחסית. בארצות הברית המתח המקסימאלי המותר במערכות בקרה הוא 125 וולט . ובמערכות בקרה רבות המתח הסטנדרטי הוא 24 וולט בלבד. מכיוון שמתח הרשת הוא גבוה יותר, וכך גם המתחים הדרושים להפעלת רכיבים תעשייתיים רבים (כמו מנועים, משאבות וכדומה) יחובר מתח הרשת לבקר דרך טרנספורמטור (שנאי) המקטין את המתח למתח העבודה של הבקר. סלילים ראשיים כל שנאי כזה מוגן ע"י נתיך (פיוז) המגן עליו מהתחממות יתר עקב קצר במעגל החשמלי אליו הוא מספק מתח. נתיך סליל משני

נתיך שנאי מפסקי הפעלה פעולת המערכת מבוקרת ע"י מפסקים מסוגים שונים, חלקם נשלטים ע"י האדם המפעיל וחלקם מהווים חלק מהמערכת המבוקרת, והם נלחצים ע"י רכיבים נעים במערכת (בוכנות, גלי זיזים וכדומה), כשלחיצתם מדווחת למערכת על ביצוע שלב כלשהו בתהליך המבוקר (חיישנים).

משנה ממצב סגור לפתוח ולהיפך בלחיצה מפסקי Push-Button מפסקים המופעלים בלחיצה ע"י המפעיל. מפסקים אלו מסומנים בתרשים הבקרה כך: מפסק N.O מפסק N.C מפסק מחליף משנה ממצב סגור לפתוח ולהיפך בלחיצה מכיוון שלרוב המפסקים האלו יש ראש מעוגל (פטרייה) לצורך נוחות, נהוג גם לסמנם כך: תזכורת: מפסק N.O חייב להיות מופעל (להילחץ) כדי להעביר זרם מפסק N.C מעביר זרם כאשר אינו מופעל, ודווקא כשהוא לחוץ אינו מעביר

מפסקי גבול אלו מפסקים המופעלים ע"י חלקים נעים במערכת, ומציינים הגעת החלק הנע למקום הדרוש. סימון מקובל למפסקי גבול כאלו הוא: מפסק גבול N.O מפסק גבול N.C נורות בקרה כל לוח בקרה כולל נורות כאלו המראות אם הכול תקין, או מדווחות על תקלה. סימונן בתרשימים הוא:

ממסרים (מגענים) - Relays מערכות הבקרה החשמליות היו מורכבות בעיקר ממפסקים וממסרים. באיור הבא מוראה תרשים סכמאטי של ממסר העברת זרם הפעלה בסליל האלקטרו-מגנט של הממסר גורמת למשיכת המגען והעברתו למצב השני. הפסקת הזרם לסליל תפסיק את המשיכה המגנטית והקפיץ יחזיר את המגען למצבו הרגיל.

סימון ממסרים בתרשים הבקרה החשמלי. יש שלושה סימונים עיקריים לציון ממסרים בתרשים חשמלי: כאשר הממסר החשמלי מפעיל רכיב מוצא כלשהו הוא יסומן כך: הקווים היוצאים ממנו מסמנים את קווי החיבור החשמליים לסליל של הממסר. כשיגיע מתח לקווים אלו הממסר יופעל. כאשר ממסר מופעל ניתן להשתמש במתח שהוא מוציא כאות הפעלה למגעים פנימיים במערכת הבקרה. מגעים אלו יסומנו גם הם בשמו של הממסר המפעיל אותם אך סימונם יהיה שונה: סימון מגעי הממסר הפנימיים: מגע ממסר N.O מגע ממסר N.C

ממסרים מיוחדים: (ממסרים עם השהיית זמן) ניתן ליצור ממסרים בעלי השהיה בעת הפעלתם או בעת הפסקת הפעלתם. ממסר שמתחיל את פעולתו זמן מה לאחר שקיבל את אות ההפעלה נקרא TON Delay On Timer או TDR – Time Delay Relay כך נראית פעולתו של ממסר כזה על ציר הזמן: ממסר שפועל מיידית עם קבלת אות הפעלה ומפסיק את פעולתו זמן מה לאחר הפסקת אות ההפעלה נקרא TOF Delay OFF Timer

-דיאגרמת הסולם החשמלית יצירת בקרה במערכת בקרה חשמלית -דיאגרמת הסולם החשמלית נראה עתה כיצד משורטטות מערכות בקרה חשמליות בשיטה הנקראת דיאגרמת סולם (השיטה שהיוותה את הבסיס לשפת דיאגרמת הסולם של הבקרים המתוכנתים). אך תחילה לשמות הרכיבים המקוצרים שיופיעו בהם שנאי (טרנספורמטור) ממסר בקרה נגד קבל מפסק גבול לחצן הפעלה מפסק מפסק בוחר (בעל שני מצבים) ממסר עם השהיה מנוע נורה נתיך (פיוז) מנתק מעגל מפסק עומס יתר

נתחיל ביצירת השערים הלוגיים הבסיסיים. אנו יודעים שכדי ליצור את שער AND בעזרת מפסקים עלינו ליצור את המעגל הבא: מעגל בו הנורה תדלק רק אם גם מפסק 1 וגם מפסק 2 לחוצים. אנשי הבקרה מציגים מערכת כזו כך: כלומר משורטט מקור המתח (השנאי T1) עם הפיוז שלו. מהפיוז יוצאת רגל אנכית המציינת את קו המתח, ומהצד השני (המוארק) יוצאת רגל אנכית שנייה. ביניהן משורטט "שלב אופקי" המתאר את המעגל החשמלי שיש ליצור כדי שהנורה תידלק ב AND

יצירת שער OR כך נראה המעגל החשמלי בו המוצא (המנורה) מופעל רק אם מפסק 1 או מפסק 2 (או שניהם) מופעלים. וכך יתואר המעגל בדיאגרמת סולם חשמלית: הדמיון לצורת סולם ברור גם כאן.

מה הביטויים הלוגי שמממשים השלבים 8 ו 10 (אלו המפעילים את L3 ו L4 ) ? אנו רואים שקל למדי להבין מתי מוצא כלשהו מופעל ומתי לא ע"י התבוננות בדיאגרמת הסולם החשמלית. שורה 8 : (L3=(PB1 AND PB2) OR (PB3 AND PB4 שורה 10 : AND PB4) PL4=(PB1 AND PB3) OR (PB2

נכיר עתה מספר מעגלים סטנדרטיים המופיעים ברבות מהמערכות המבוקרות חשמלית, איך מתוארים מעגלים אלו בדיאגרמת הסולם החשמלית (וכמובן שמאוחר יותר נכיר את המקבילים להם בבקרים המתוכנתים). אחזקה עצמית - Latch במקרים רבים יש ברשותנו מפסק הפעלה PB החוזר למצבו הבלתי מופעל מיד עם הפסקת הלחיצה עליו, אך אנו רוצים שהמערכת תמשיך לפעול למרות שכבר אינו לחוץ. השיטה לבצע זאת ללא החלפת המפסק במפסק מסוג Switch היא זו: לחיצה על לחצן S1 תגרום להפעלת הממסר CR1 וזה יגרום להפעלת המגע CR1 שחובר במקביל ללחצן ה START. לכן גם לאחר עזיבת המפסק S1 ימשיך הממסר להיות מופעל כי הזרם יעבור דרך המגע CR1 והמפסק S2 שהוא NC . החזקה עצמית חשוב היה להוסיף את מפסק S2 אחרת הממסר היה ממשיך להיות מופעל לעד ללא יכולת הפסקת פעולתו.

הפעלה בשתי ידיים: בהרבה מכונות המשמשות לייצור מתבצע תהליך מחזורי (לדוגמה מכונה לחיתוך פחים, בה הגיליוטינה החותכת עולה ויורדת באופן מחזורי) . התקן מחייב שבמקרים כאלו ההפעלה על ידי העובד תתבצע בעזרת שתי ידיו כדי להגן עליו. השיטה היא בעזרת שער AND רגיל: מניעת קשירה: במקרים רבים ניסו עובדים לעקוף את דרישת ההפעלה בשתי ידיים ע"י קשירת אחד מהמפסקים במצב לחוץ וע"כ אפשרו את הפעלת המכונה ביד אחת , כשהשנייה פנויה לדחיפת חומר הגלם או משימות אחרות. ברור שזהו מצב מסוכן שיש למנעו ולשם כך פותחה שיטה המונעת את הפעלת המכונה במקרים כאלו.

כדי לבצע זאת יש להוסיף למעגל ההפעלה בשתי ידיים, תוספת שתגרום למערכת להפעיל את המוצא רק אם שני האותות (ממפסק 1 וממפסק 2 ) מגיעות בתוך חלון זמן מוגבל (בד"כ של חצי שנייה). כדי לעשות זאת יש להשתמש ב TDR .(השהיה). הסבר: בשורה התחתונה לחיצה על כל אחד מהלחצנים תגרום להפעלת הממסר עם העיכוב לאחר 0.5 שנייה, וזה יגרום בשורה הראשונה למגע ה NC TDR1 להיות מופעל וכך להיפתח ולא לאפשר למוצא CR1 להיות מופעל. אך אם שניהם מופעלים תוך חצי שנייה, הממסר TDR1 לא מופעל וכך גם בשורה הראשונה המגע TDR1 לא נפתח והמוצא CR1 מופעל.

אם לרגע תיעזב הלחיצה של אחת הידיים, הקו העליון לא יהיה סגור והממסר CR1 לא יןפעל שוב אלא רק לאחר לחיצה בהפרש של עד 0.5 שניות של שניהם. המגע CR1 שבמקביל למגע ה TDR1 ה NC שבשורה 1 יגרום לכך שלאחר ש CR1 מופעל לא ישפיע ה TDR על המשך פעולת המערכת כל עוד שני המפסקים לחוצים. מחזור יחיד: כאשר רוצים שהמכונה תפעל מחזור אחד בלבד ואז תפסיק, אפילו אם המפעיל ממשיך ללחוץ על מפסקי ההפעלה יש לשלב במכונה המבוקרת לחצן מגע הנלחץ בעת ביצוע המחזור ומשתחרר בסיומו. דוגמה למפסק כזה מוראית בתרשים הבא: כאן מוראה גל פיקות (עם שקע אחד) , הגל מחובר לציר המבצע בזמן המחזור סיבוב אחד בדיוק וכך במשך הסיבוב המפסק לחוץ ועם סיום הסיבוב (המחזור) הוא לא לחוץ. למפסק שלושה טרמינלים – C – Common N.O – במצב פתוח בין המחזורים N.C - במצב סגור בין המחזורים

המעגל שיבצע את הבקרה על יצירת מחזור אחד יהיה זה: CR2 הוא הממסר המפעיל את המכונה בתחילה START לא לחוץ, LS1A לא לחוץ ולכן פתוח ו LS1B לא לחוץ ולכן סגור. כתוצאה מזה CR3 מופעל, המגעים CR3 לחוצים ופועלים המעגל בפעולה ובעצם ממתין ל START. עתה לחיצה על START תפעיל את CR1 ואז CR2 בשלב 2 יופעל ויוחזק פועל כל עוד מתבצע המחזור (LS1A לחוץ) ולכן אין השפעה לכך ש CR3 מופסק בזמן המחזור בגלל הלחיצה של LS1B

ננתח עתה מה קורה במחזור ובסיומו כאשר המפעיל לוחץ עדיין על START וכאשר אינו לוחץ עליו. אם אינו לוחץ ממסר CR1 מופסק, אך בשלב 2 הממסר CR2 עדיין פועל כי בעת המחזור LS1A לחוץ, וגם בשלב 3 אין שינוי – CR3לא פועל כי LS1B לחוץ. כשנגמר המחזור LS1A נפתח ו LS1B נסגר מה שגורם ל CR3 להיות מופעל שוב. בשלב 2 CR2 מופסק כי CR1 ו LS1A לא מעבירים זרם. כלומר המכונה מפסיקה את פעולתה בסוף המחזור. ואם המפעיל לא משחרר את לחצן ה START, CR1 עדיין פועל, וכשהמחזור נגמר LS1A נפתח ו LS1B נסגר. בשלב 3 לסגירת LS1Bאין השפעה כי מגע CR1 פתוח ו CR3 היה מנותק . בשלב 2 הפתיחה של LS1A גורמת להפסקת פעולת CR2 והמכונה מפסיקה.

אנו רואים שבעזרת שילוב מתוחכם של חיווט חשמלי ומכשירים אלקטרו-מכאניים ניתן לבצע בקרה למכונות. ראינו גם כיצד תוארו מערכות בקרה אלו בתרשימים. והתוודענו גם למורכבות של הפעלת מערכות כאלו. יש לזכור שהדיאגראמה תיארה בדיוק את החיווט החשמלי שהיה צריך לעשות כדי לבצע את הבקרה. ברור שכל שינוי בתכנית הבקרה, הצריך שינוי בחיווט, שינוי באמצעי העזר לביצוע הבקרה וגרם לבזבוז זמן רב ולטעויות ביצוע לא מעטות. נראה עתה כיצד הכנסת הבקרים המתוכנתים סייעה בפתרון בעיות אלו והפכה את ביצוע השינויים בתכניות הבקרה להרבה פחות בעייתיים.