لوحات التحكم الآلي: ما هي ولماذا تحتاجها؟

في التصنيع المتوسط والكبير الحجم، ثمة عمليات كثيرة لا يمكن التحكم فيها يدوياً. يجب أتمتة جميع العمليات لتوفير الوقت والتكلفة والموارد.

لهذا السبب تُعدّ لوحات التحكم الآلي من المعدات الأساسية لكل مشروع صناعي وتجاري.

في هذا المقال، ستتعلم:

• أساسيات لوحات التحكم الآلي
• أنواع لوحات التحكم الآلي
• الفرق بين لوحات التحكم الآلي وPLC
• مكونات لوحات التحكم الآلي
• المتطلبات الأساسية للوحات التحكم الآلي
• مفاهيم التصميم المتعلقة بلوحات التحكم الآلي

تابع القراءة لاكتشاف كل شيء.

ما هي لوحات التحكم الكهربائية؟

تُعدّ لوحات التحكم الآلي من أهم قطع الآلات لكل منشأة صناعية. نحن جميعاً ندرك أن الآلات والمعدات الصناعية والتصنيعية والتجارية تتجه نحو أتمتة متزايدة، وهو ما يستلزم بدوره مراقبة هذه الأتمتة. وهنا يأتي دور لوحات التحكم الآلي.

تُستخدم هذه اللوحات في التطبيقات الصناعية والتجارية لمراقبة وإدارة الآلات الثقيلة كبيرة الحجم. وتعتمد لوحات التحكم الآلي على المرحّلات والموقتات وأجهزة الاستشعار والمشغّلات ووحدات التحكم لتنفيذ المهام البسيطة والمعقدة على حدٍّ سواء. وتتمثّل الميزة الرئيسية للوحات التحكم الآلي في منح المنشآت سيطرة أكبر على معداتها الصناعية، إذ توفر كفاءة عالية ومرونة وظيفية مع راحة التشغيل الخالي من التدخل اليدوي.

يفضّل الجميع الأنظمة المريحة. لوحات التحكم الآلي توفر بالضبط ذلك. فهي تتيح المرونة في تغيير المنطق البرمجي، وتقليل الحجم الإجمالي، وتحقيق ميزة تحكم أفضل في مختلف المعدات الآلية بالمنشأة، كما تُساعد في إنجاز المهام بسرعة وكفاءة.

أنواع لوحات التحكم الآلي

تتوفر لوحات التحكم الصناعية بأشكال متعددة، وتُستخدم للتحكم في أنواع مختلفة من المعدات في مصانع الإنتاج حول العالم. ولكل نوع من هذه اللوحات أجزاء متعددة تتولى تشغيل المهام المبرمجة مسبقاً أو تنفيذها، كتشغيل المعدات أو إيقافها، وتنظيم سرعة المحركات، وتوجيه الإجراءات المختلفة، وفتح الصمامات أو غلقها، وغير ذلك من المهام.

فيما يلي أبرز أنواع لوحات التحكم الآلي:

• مراكز التحكم في المحركات
• لوحات التحكم PLC
• لوحات التحكم VFD
• لوحات HMI
• لوحات تشغيل المحركات
• لوحات المواقع الخطرة

ما الفرق بين لوحات الأتمتة وPLC؟

في بدايات الأتمتة، كان مصنّعو المعدات الأصليون (OEMs) يوفّرون أنظمة تحكم مزودة بـPLC مثبّتة على رفوف، ومصابيح إرشادية ومقاييس وأزرار ضغط. وبمرور الوقت، عمل معظمهم على تبسيط الأنظمة بالانتقال من المكونات المثبتة على اللوحة إلى لوحات واجهة المشغّل (OI). كما اتجه كثير منهم نحو الإدخال/الإخراج الموزّع للحد من تكاليف الأسلاك وتيسير شحن المعدات في أجزاء معيارية. فضلاً عن ذلك، بات كثير منهم يدمجون الاتصال الآمن عن بُعد لتمكين الوصول إلى شبكات المستخدم النهائي، مما يتيح للعملاء تعديل البرامج عن بُعد وتقييم أداء المعدات بهدف خفض تكاليف الصيانة التفاعلية.

باختصار، لوحة التحكم الآلي مصطلح يشمل جميع أنظمة التحكم الآلي العامة ذات ضوابط أتمتة محددة مسبقاً. أما PLC فهو جزء من لوحة التحكم الآلي يمكن برمجته للحصول على نوع محدد من التحكم الآلي في عمليتك الصناعية.

المكونات الكهربائية الرئيسية للوحة التحكم

فيما يلي المكونات الرئيسية:

• قاطع الدائرة الرئيسي
• مانع الارتفاعات الكهربائية
• المحوّل الكهربائي
• وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)
• واجهة الإنسان والآلة (HMI)

تدخل الطاقة الكهربائية لجميع الأجهزة إلى لوحة التحكم عبر قاطع الدائرة الرئيسي، الذي يتضمن عادةً وصلة خارجية تتيح للمستخدمين فصل الكهرباء يدوياً عند الحاجة.

يحمي مانع الارتفاعات الكهربائية جميع المعدات الكهربائية داخل الحاوية، إذ يتدخل عند حدوث ارتفاعات في الجهد أو ضربات البرق.

يتمثّل دور المحوّل الكهربائي في تخفيض الطاقة لتغذية الأجهزة الصغيرة.

يعمل PLC بوصفه دماغ العملية، إذ يدير مجموعة متنوعة من المدخلات والمخرجات التي تتحكم في خط الإنتاج الآلي وتراقبه. تُخزَّن برامج المنطق في وحدة المعالجة المركزية (CPU) الخاصة بـPLC. وتُنشر أجهزة ميدانية كمفاتيح التقارب وأجهزة الاستشعار الضوئية على طول خط التجميع لتزويد PLC بالتغذية الراجعة اللازمة لتشغيل الخط بكفاءة.

وعلى الرغم من أن واجهة الإنسان والآلة (HMI) لا تكون بالضرورة داخل حاوية لوحة التحكم، إلا أنه يمكن تركيبها على باب اللوحة أو عن بُعد بالقرب من الآلات. وتمنح HMI المشغّلَ قدرةً فعّالة على التحكم في معدات خط التجميع والإشراف عليها.

ما المطلوب للوحات التحكم الصناعية؟

تضطلع لوحات التحكم الصناعية بدور محوري في حماية الأجهزة الكهربائية وأجهزة القياس ووحدات التحكم.

كثيراً ما تتولى لوحات التحكم الصناعية توزيع الطاقة وإيواء أنظمة الهواء المضغوط وحماية الإلكترونيات الأتمتية للآلات والمعدات وأنظمة المعالجة، وعليها في الوقت ذاته حماية المكونات الداخلية من الظروف البيئية القاسية كالحرارة والرطوبة والاهتزاز والملوثات، مع ضمان سلامة العمال.

غير أن لوحات التحكم ليست مجرد صناديق تحتوي على مكونات. فهي بحاجة إلى أداء عالٍ وعمر تشغيلي طويل، لذا يجب تصميمها وتصنيعها وفق عدد من الأنظمة والمواصفات والمعايير المحددة.

مفاهيم التصميم

يجب على المهندس المؤهل مراعاة العوامل التالية خلال عملية تصميم لوحة التحكم الصحيحة، وهي عملية تكرارية ومتعددة التخصصات في الغالب:

• القوانين واللوائح المعمول بها
• معايير المشروع ومتطلباته
• حماية الأجزاء الداخلية من البيئة المحيطة
• منع تلوث البيئة الخارجية (كغرف التعقيم وتصنيع الأدوية وما شابه)
• توزيع السوائل الهوائية والكهرباء
• المتانة وإمكانية الإنشاء
• السلامة

تُمثّل كلٌّ من National Electrical Code (NEC) وUL508A وNFPA 79 المعايير الرئيسية للوحات التحكم الصناعية في أمريكا الشمالية، فضلاً عن معايير أخرى مناسبة للاستخدامات والظروف الخاصة المتعددة. وقد تتوفر أيضاً متطلبات أكثر تفصيلاً من قِبَل المستخدم النهائي أو العميل لكل مشروع وتطبيق.

الحاويات

لا يخفى أن حجم الحاوية وتكوينها يجب أن يكونا كافيَين لاستيعاب المكونات الداخلية والتناسب مع مساحة التركيب، ومع ذلك من المهم توفير مساحة إضافية للتوسع المستقبلي وتأمين مساحة عمل داخلية. ويُعدّ اختيار أسلوب التركيب الأمثل للتطبيق عنصراً أساسياً في اختيار الحاوية المناسبة؛ إذ يناسب التركيب الجداري التصاميم الصغيرة، بينما يشيع التركيب الأرضي للحاويات الكبيرة، وقد تستلزم التطبيقات الصحية استخدام دعامات جدارية أو أرجل تركيب أرضية لتسهيل التنظيف.

يجب أن تحافظ الحاوية على تصنيف NEMA أو IP ملائم للبيئة من حيث تسرب الرطوبة والأوساخ. وبينما تحظى حاويات الصلب الكربوني المطلية بشعبية واسعة، تستلزم التطبيقات الرطبة أو الصحية استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ عادةً، وإن كانت بعض المشاريع قد تتطلب طلاءً خاصاً.

تولّد كثير من المعدات حرارةً، مما يستوجب مراعاة درجات الحرارة المحيطة والمسموح بها عند تصميم لوحات التحكم، وقد يستدعي ذلك تضمين أنظمة تبريد. في المقابل، قد تستلزم الأماكن شديدة البرودة أو البيئات الرطبة تركيب سخّانات لرفع درجة الحرارة الداخلية قليلاً ومنع الرطوبة من إتلاف الإلكترونيات.

التأريض

يضمن التأريض السليم باستخدام الموصلات والوصلات والأطراف عمل المعدات الكهربائية بأمان وموثوقية. ويجب على المصممين الالتزام بمتطلبات تأريض الحاويات ولوحات الظهر الداخلية والأجهزة المثبتة. والهدف الرئيسي من التأريض هو القضاء على حالات الفشل الكهربائي، كما أن اتباع ممارسات التأريض الجيدة يسهم في الحد من الضوضاء الكهربائية التي قد تضر بالمكونات الرقمية داخل الحاوية.

توزيع الطاقة

قد تقتصر أجهزة القياس في بعض لوحات التحكم على جهود منخفضة، غير أنه من الشائع أيضاً احتواء هذه اللوحات على جهود خطية أعلى ومكونات مصاحبة باستخدام:

• قواطع عزل أمامية
• قواطع دوائر و/أو صهاهر لحماية من التيار الزائد
• وحدات توزيع الطاقة
• موصلات وكابلات
• محوّلات ومصادر طاقة
• مانعات ارتفاع الجهد ومكيّفات الطاقة
• مشغّلات المحركات ومحركات التردد المتغير (VFDs)

التحكم والأتمتة

قد تقتصر وظيفة أبسط لوحات التحكم وأصغرها على حفظ الأجهزة وتثبيتها، إلا أن معظم لوحات التحكم تتضمن أيضاً مكونات أتمتة معينة، مثل:

• المرحّلات
• الأزرار والمفاتيح
• وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)
• واجهة الإنسان والآلة
• ملفات صمامات هوائية
• أجهزة Ethernet

الأسلاك والوصلات

يمكن النقر بسهولة على كثير من هذه المكونات على سكك DIN القياسية، كما يمكن تثبيت الأجهزة ووحدات التوصيل مباشرةً على لوحات الظهر. ويمكن استخدام مجاري الأسلاك لتمرير الموصلات والكابلات لسهولة التوصيل، مع ضرورة توفير مساحة تهوية كافية لجميع العناصر. وستشتمل لوحة التحكم المصمَّمة جيداً على بطاقات تعريفية واضحة للأجهزة والكابلات.

الخلاصة

في عالمنا المعاصر، يمكن لعمليتك الصناعية أن تحقق إنتاجية أعلى وخسائر أقل إذا امتلكت لوحات تحكم آلي عالية الجودة. واستخدامها يوفر التكاليف والموارد مع تأسيس عملية صناعية وفق متطلباتك. تواصل مع ECSKSA للطلب الآن.

اطّلع على صفحات منتجاتنا للاطلاع على لوحات التحكم الآلي عالمية المستوى.

الأسئلة الشائعة

س1: ما أغراض لوحة التحكم الآلي؟

الغرض من لوحة التحكم الآلي هو توفير الأتمتة في العملية الصناعية وفق المتطلبات المحددة.

س2: كيف يمكن توفير الكهرباء عبر لوحة التحكم؟

توفّر لوحة التحكم الكهرباء عن طريق إيقاف تشغيل الأجهزة عند عدم الحاجة إليها.

س3: ما مكونات لوحة التحكم؟

تتكون لوحة التحكم من المكونات التالية:

• قاطع الدائرة الرئيسي
• مانع الارتفاعات الكهربائية
• المحوّل الكهربائي
• وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)
• واجهة الإنسان والآلة (HMI)