1.3.1 وحدة المعالجة المركزية CPU


تركيب الهيكل الداخلي لوحدة المعالجة المركزية يعتمد على المعالج المعنى .
بصفة عامة تتكون من :

1- وحدة الحساب والمنطق (ALU):

وهى مسؤولة عن معالجة البيانات والقيام بالعمليات الحسابية كالجمع والطرح والعمليات المنطقية مثل "و" AND و "أو"OR و"نفى -عكس" NOTو
"أو الحصرية "EXCLUSIVE-OR .

2- الذاكرة :

وتسمى السجلات وتقع بالقرب أو داخل المعالج الدقيق لتخزين المعلومات التى تشارك فى تنفيذ الرنامج .

3- وحدة التحكم :

والتى تستخدم فى التحكم فى توقيتات العمليات .

2.3.1. الممرات buses

الممرات buses هى ممرات أو مسارات تستخدم فى الاتصالات داخل المتحكم PLC .
ترسل المعلومات فى شكل ثنائى أى مجموعة من الخانات bitsو اصطلاح "الخانة" bit هى رقم ثنائى إما 1 أو 0 أى حالة من الحالتين **/OFF . واصطلاح "الكلمة" wordيستخدم لمجموعة من الخانات والتى تشكل بعض المعلومات . ومن ثم فان الكلمة المكونة من 8-bit قد تكون العدد الثنائى 00100110 . وكل الخانات تتصل فى نفس الوقت على طول ممرها الخاص المتوازى.

يوجد بالنظام أربع ممرات :

1- ممر البيانات data bus

ويحمل البيانات التى تستخدم فى المعالجة التى تنفذ بوحدة المعالجة المركزية .
ونظرا لأن الميكروبروسسور أو المعالج الدقيق هو معالج 8-bit فيكون به ممر بيانات داخلى يتعامل مع الأعداد بشكل 8-bit .
ومن ثم يقوم (يؤدى) العمليات بين الأعداد التى على شكل 8-bit وأيضا يعطى النتيجة بقيم على شكل عدد 8-bit .

2- ممر العناوين address bus

يستخدم ممر العناوين فى حمل عناوين مواقع (أماكن) الذاكرة . بحيث تتواجد كل كلمة فى موقع ذاكرة وكل موقع ذاكرة له عنوان وحيد . مثل المنازل فى المدن فكل منزل له عنوانه المستقل والمميز له وعن طريقه نصل اليه أى أن كل كلمة بموقع تعطى عنوان بحيث أن البيانات المخزنة بموقع معين يمكن لوحدة المعالجة المركزية الوصول اليها سواء بالقراءة أو بالكتابة .
وممر العناوين هو الذى يحمل المعلومات الدالة على العنوان المطلوب الوصول اليه .
إذا كان ممر العناوين مكون من 8خطوط فإن عدد الكلمات المكونة من 8-bit أو عدد العناوين المحددة تكون 256 ( الاول 00000000 الثانى 00000001 والثالث 00000010 و .....) (2 مرفوع للأس 8 ).

3- ممر التحكم :

ممر التحكم يحمل الإشارات المستخدمة بمعرفة وحدة التحكم المركزية للتحكم مثل إبلاغ أجهزة الذاكرة أن كانت ستستقبل البيانات من الدخل أو تخرج بيانات فى الخرج كما يحمل إشارات التوقيت المستخدمة فى عمليات التزامن .

4- ممر النظام :

يستخدم فى الاتصال بين منافذ الدخل أو الخرج ووحدات الدخل او الخرج.

3.3.1. الذاكرة : Memory

يوجد فى نظام المتحكم PLC عدة ذاكرات :

1- ذكرة القراءة فقط (ROM) للنظام :
لتوفير مخزن دائم لنظام العمل والبيانات الثابتة المستخدمة بمعرفة وحدة المعالجة المركزية .

2- ذاكرة الوصول العشوائى (RAM) لبرنامج المستخدم .

3- ذاكرة الوصول العشوائى (RAM) للبيانات .
حيث يتم حفظ المعلومات عن حالة أجهزة الدخل والخرج وقيم المؤقتات والعدادات والأجهزة الداخلية الأخرى .
ذاكرة البيانات RAM تعرف أحيانا باسم جدول البيانات data table أو بجدول السجل register table .
جزء من هذه الذاكرة أى مجموعة من العناوين تخصص وتحجز لعناوين المداخل والمخارج وحالة هذه المداخل والمخارج .وجزء يتم حجزه للبيانات المحددة مسبقا . وجزء لحفظ قيم العدادات وقيم المؤقتات و.....الخ .

4- ذاكرة قراءة فقط قابلة للمسح والبرمجة(EPROM)
قد تتواجد على شكل موديول إضافى يمكن تركيبه ونزعه من مكانه . البرامج والبيانات فى ذاكرة ال RAM يمكن تغييرها بمعرفة المستخدم . كل المتحكمات PLC يكون بها كمية من RAM لتخزين البرامح التى يمكن تطويرها بواسطة المستخدم . لمنع فقد تلك البرامج عند فصل جهد التغذية تستخدم بطارية للحفاظ على التغيرات التى أدخلت فى ذاكرات ال RAM لمدة من الزمن .
بعد تطوير البرنامج فى ذاكرة ال RAM ينقل أو يحمل إلى الذاكرة الثابتة EPROM والتى غالبا ما تكون على شكل موديول منفصل . علاوة على ذلك يوجد مخازن لقنوات الدخل وقنوات الخرج تسمى buffer.

سعة التخزين لوحدة الذاكرة تتحدد بعدد الكلمات التى يمكنها تخزينها . فإذا كان حجم الذاكرة 256 كلمة فيمكنها تخزين 256 × 8 = 2048 bits إذا استخدمنا الكلمة 8-bit.
عادة تعرف حجم الذاكرة بالكيلو بايت وهو يساوى 2 مرفوعة للأس 10 أى 1024 .
وعندما تكون الكلمة مكونة من 8 bits فانها تسمى بايت byte .

4.3.1 وحدات الدخل والخرج :

وحدات الدخل والخرج توفر الربط بين النظام والعالم الخارجى . فتسمح بالتوصيل من خلال قنوات الدخل والخرج إلى أجهزة الدخل مثل الحساسات وأجهزة الخرج مثل المحركات والصمامات .
كما يمكن إدخال البيانات من لوحة المراقبة والبرمجة .
كل نقطة دخل أو خرج لها عنوان وحيد والذى يمكن إستخدامه بمعرفة وحدة التحكم المركزية .
قنوات الدخل والخرج توفر العزل علاوة على تكييف وتهيئة الإشارات بحيث يمكن توصيل الحساسات(مداخل) والمنفذات (مخارج) مباشرة دون الحاجة لأى دائرة اخرى.

يتم العزل الكهربائى عن العالم الخارجى عادة باستخدام عوازل كهروضوئية optoisolators وقد يستخدم التعبير الربط الضوئى optocoupler . الشكل 1-8 يبين العازل الضوئى .

عندما تمر نبضة رقمية خلال الدايود المشع للضوء تتولد نبضة من الأشعة تحت الحمراء .
يتم كشف هذه النبضة بالترانزستور الضوئى ويعطى إرتفاع فى الجهد بالدائرة .
الثغرة أو الفتحة أو الفجوة بين الدايود المشع للضوء والترانزوستور الضوئى تعطى عزل كهربائى ولكن مع وجود نقل تاثير النبضة الرقمية من الدائرة الأولى لكى تعطى أرتفاع فى الجهد على شكل نبضة رقمية أيضا فى الدائرة الثانية .





الإشارة الرقمية المتوافقة مع المعالج فى المتحكم PLC عامة تكون 5 V d.c. .
ومع ذلك يمكن تكييف وتهيئة الإشارة فى قناة الدخل (وفى وجود العزل) لتقبل مدى واسع من إشارات الدخل مثل 5 V و 24 V و 110 V و 220 V و رقمية و متقطعة (أى إشارات **−off ).فى المتحكمات PLC الصغيرة يفضل إستخدام نوع واحد من الدخل مثل 24 V .




الخرج من وحدة الخرج يكون رقمى وبمستوى5 V .
ومع ذلك بعد عملية التكييف والتهيئة باستخدام الريلاى أو الترانزستور أو الترياك فان الخرج من قنوات الخرج يمكن أن يكون 24 V أو 110 V أو 220 V . كما فى الشكل 1-10.
فى المتحكمات PLC الصغيرة جميع المخارج يفضل أن تكون من نوع واحد مثل 24 V .
ولكن مع إستخدام نظام PLC بالموديولات فإنه يمكن إستخدام مخارج بأشكال متعددة باختيار الموديول المناسب .




تعرف المخارج بأنها من نوع الريلاى أو من نوع الترانزستور أو من نوع الترياك كما يلى :

1- نوع خرج بالريلاى :
الإشارة من خرج المتحكم PLC تستخدم فى تشغيل ريلاى والذى يكون قادرا على توصيل وفصل تيارات فى حدود عدة أمبيرات فى الدائرة الخارجية .
والريلاى لا يسمح فقط بتيار صغير بالتحكم فى تيار كبير ولكن أيضا يقوم بعزل المتحكم PLC عن الدائرة الخارجية .الريلاى بطىء فى العمل نسبيا .وخرج الريلاى مناسب لكل من التيار المترد والتيار المستمر .كما يمكنها الصمود أمام الارتفاعات المفاجئة فى التيارات والجهود .

2- نوع خرج بالترانزستور :
هذا النوع يعطى فعل أسرع نسبيا ولكنه مرتبط إرتباطا وثيقا للعمل مع التيار المستمر ويتلف بالزيادة فى التياروأرتفاع الجهد العكسى . ويمكن حمايته إما باستخدام فيوز أو حماية الكترونية . كما تستخدم العوازل الضوئية لتوفير العزل .

3- خرج بالترياك به عوازل ضوئية للعزل :
يمكن إستخدامه فى التحكم بالاحمال التى تغذى من مصدر للتيار المتردد . وهذا النوع مرتبط ارتباطا وثيقا بالعمل مع التيار المتردد ولكن من السهل تلفه بزيادة التيار . وغالبا ما تستخدم الفيوزات فى الحماية فى مثل هذا النوع .

5.3.1. المصدر أو المنبع Sourc والمصب أو البالوعة sink :

ألمصطلح المصدر وألمصطلح المصب يستخدمان فى وصف طريقة توصيل أجهزة التيار المستمر إلى المتحكم PLC .
فى المصدر وباستخدام إتجاه التيار الاصطلاحى أى من الموجب إلى السالب يستقبل جهاز الدخل التيار من موديول الدخل أى أن موديول الدخل يكون هو مصدر التيار .
وإذا مر التيار من موديول الخرج إلى حمل الخرج عندئذ يقال بأن موديول الخرج هو المصدر .
فى المصب او البالوعة وباستخدام إتجاه التيار الاصطلاحى أى من الموجب الى السالب يقوم جهاز الدخل بإمداد موديول الدخل بالتيار أى أن موديول الدخل يكون مصب للتيار.
وإذا مر التيار إلى موديول الخرج من حمل الخرج عندئذ يقال أن موديول الخرج مصب للتيار .




4.1. برمجة المتحكمات المنطقية المبرمجة PLC :