المعقب الهوائي والمحاكاة
يشرح الدرس المعقب الهوائي (séquenceur pneumatique): وحدة المرحلة ومداخلها ومخارجها، ربط الوحدات والتهيئة، تجسيد متمن GRAFCET بمعقب ورسم المخطط الهوائي الكامل لدورة بدافعتين أو ثلاث، حالة الدافعة التي تتحرك مرتين والمؤجلات، ثم المحاكاة الجزئية والتركيب على مجسمة، ويُختم بتمارين محلولة بنمط البكالوريا.
يتكوّن الدرس من 6 أجزاء: 1. مبدأ المعقب الهوائي: وحدة المرحلة، 2. ربط الوحدات: التسلسل والتهيئة وإعادة الضبط، 3. تجسيد GRAFCET بمعقب: الطريقة والمخطط الكامل، 4. حالات خاصة: دافعة تتحرك مرتين، المؤجلة، الفعل المستمر، 5. المحاكاة الجزئية والتركيب على مجسمة، 6. تمارين محلولة بنمط البكالوريا.
1. مبدأ المعقب الهوائي: وحدة المرحلة
لماذا نحتاج إلى المعقب؟
في درس المتمن (GRAFCET) رأينا أن جزء التحكم في نظام آلي يجب أن يتذكر في أي مرحلة يوجد، لأن المعلومة نفسها قد تعني أمرا مختلفا حسب لحظة ظهورها. مثال ذلك الدورة 1A+ 2A+ 2A− 1A−: الملتقط a1 يجب أن يأمر بخروج 2A، أما الملتقط b0 فهو مضغوط في بداية الدورة وفي نهايتها معا، ولا ينبغي أن يأمر بـ 1A− إلا في النهاية.
لو ربطنا الملتقطات مباشرة بقيادات الموزعات ثنائية الاستقرار لظهرت مشكلتان معروفتان:
- الإشارات المتعارضة (signaux bloquants): تصل إشارة إلى القيادة 14 وإشارة أخرى إلى القيادة 12 للموزع نفسه في الوقت نفسه، فلا يتحول الموزع وتتوقف الدورة.
- غموض المعلومة: الملتقط الذي يتكرر في الدورة لا يكفي وحده لتحديد الحركة التالية.
الحل المنهجي هو أن نخصص لكل مرحلة من مراحل المتمن ذاكرة تحفظ نشاطها. هذا بالضبط ما يفعله المعقب الهوائي (séquenceur pneumatique): هو مجموعة من وحدات المراحل (modules d'étape) المتماثلة، تُركّب جنبا إلى جنب، وحدة واحدة لكل مرحلة.
> المعقب الهوائي يجسّد متمنا خطيا: كل وحدة فيه ذاكرة تمثل مرحلة واحدة، ووحدة واحدة فقط تكون نشطة في كل لحظة.
مكونات وحدة المرحلة
يبيّن الشكل ما تحتويه الوحدة n من الداخل (مبدئيا، فالصانعون يجمعون هذه العناصر في كتلة واحدة):
- ذاكرة M (mémoire): موزع 3/2 ثنائي الاستقرار بقيادتين؛ مدخل التنشيط S ومدخل إلغاء التنشيط R، ومخرجها هو المتغير $X_n$ (1 إذا كانت المرحلة نشطة). يصل إلى S أمر التنشيط $X_{n-1}\cdot r_{n-1}$ القادم من الوحدة n−1.
- خلية «و» (cellule ET، &): تضرب نشاط الوحدة نفسها $X_n$ في الاستقبالية $r_n$ الآتية من الملتقط عبر المدخل السفلي للوحدة، أي الاستقبالية الواقعة تحت المرحلة n في المتمن والتي تؤكد انتهاء فعلها. الناتج $X_n\cdot r_n$ يُرسل إلى المدخل S للوحدة n+1 فينشّطها.
- خلية «أو» (cellule OU، ≥1): تلغي تنشيط الذاكرة إذا نشطت المرحلة التالية ($X_{n+1}$ آتية من الوحدة n+1) أو وصلت إشارة إعادة الضبط RAZ (remise à zéro).
يخرج $X_n$ في ثلاثة اتجاهات: إلى المخرج العلوي للوحدة (نحو قيادات الموزعات، أي الأفعال)، وإلى خلية «و» في الوحدة نفسها (فتصبح مستعدة لقبول الاستقبالية $r_n$ وتنشيط الوحدة n+1)، وإلى الوحدة n−1 (لتلغي تنشيطها).
مداخل الوحدة ومخارجها
| المنفذ | مصدره أو وجهته | دوره | |---|---|---| | المدخل الخارجي (أسفل الوحدة) | ملتقط أو خلية منطقية | يحمل الاستقبالية $r_n$ الواقعة تحت المرحلة n | | مدخل داخلي من n−1 | الوحدة السابقة | يحمل $X_{n-1}\cdot r_{n-1}$: أمر التنشيط | | مخرج داخلي نحو n+1 | الوحدة التالية | يحمل $X_n\cdot r_n$: أمر تنشيطها | | مدخل داخلي من n+1 | الوحدة التالية | يحمل $X_{n+1}$: إلغاء التنشيط | | خط RAZ الداخلي | زر إعادة الضبط | يمحو كل الوحدات ويهيئ الوحدة 0 | | خط التغذية P الداخلي | مصدر الهواء المضغوط | يغذي الذاكرة والمخرج | | المخرج الخارجي (أعلى الوحدة) | قيادة الموزع (12 أو 14) | يعطي $X_n$: ينفّذ أفعال المرحلة n |
انتبه: المدخل السفلي للوحدة n يستقبل الاستقبالية التي تقع تحت المرحلة n في المتمن، أي «تقرير» (compte rendu) انتهاء الفعل الذي أمرت به الوحدة n نفسها. مثلا الوحدة التي تأمر 1A+ يُربط بمدخلها الملتقط a1. هكذا ترسم مواضيع البكالوريا المعقب: Dcy تحت الوحدة 0، وآخر استقبالية تحت آخر وحدة.
معادلة الوحدة
الوحدة تحقق بالهواء المضغوط معادلة التنشيط والتعطيل التي درسناها في المتمن:
$ X_n = X_{n-1}\cdot r_{n-1} + X_n\cdot\overline{X_{n+1}} $
- الحد $X_{n-1}\cdot r_{n-1}$ هو شرط التنشيط (CA): تنجزه خلية «و» في الوحدة n−1، حيث يدخل الملتقط $r_{n-1}$، ثم يصل إلى المدخل S للوحدة n.
- الحد $X_n\cdot\overline{X_{n+1}}$ هو الحفظ (mémorisation): الذاكرة تبقى في حالتها ما لم تنشط المرحلة التالية.
- مع إعادة الضبط تصبح معادلة وحدة عادية مضروبة في $\overline{RAZ}$، أما الوحدة 0 فيُضاف إليها الحد RAZ لكي تنشط عند التهيئة.
الرمز المستعمل في مواضيع البكالوريا
في الرسوم المختصرة لا تُرسم البنية الداخلية؛ تُرسم الوحدة مستطيلا بقطر متقطع يحمل رقم المرحلة، مع سهم خارج من أعلاه قرب حده الأيسر (المخرج) وسهم داخل من أسفله قرب حده الأيمن (المدخل، جهة الوحدة التالية التي ينشطها). تتجاور الوحدات وتُغلق السلسلة بلوحتين طرفيتين ندرسهما في الجزء الثاني.
مثال محلول: حالة الوحدات
معقب من 4 وحدات (0 إلى 3) يجسد المتمن: 0 –m→ 1 –a1→ 2 –b1→ 3 –a0→ 0. الوحدة 1 نشطة، والدافعة في طريقها إلى a1.
التعيين: m بمدخل الوحدة 0، a1 بالوحدة 1، b1 بالوحدة 2، a0 بالوحدة 3.
- يضغط الملتقط b1 خطأ (بيد العامل). هل تتغير الحالة؟ لا: إشارة b1 تصل إلى مدخل الوحدة 2، لكن خلية «و» فيها تضربها في $X_2$، و $X_2 = 0$. الإشارة مُهملة.
- يصل a1 إلى مدخل الوحدة 1: خلية «و» فيها تجد $X_1 = 1$ و $r_1 = a_1 = 1$ فترسل أمر التنشيط إلى الوحدة 2: $X_2 = 1$.
- فورا يصل $X_2$ إلى الوحدة 1 عبر خلية «أو» فيلغي تنشيطها: $X_1 = 0$. النتيجة: وحدة واحدة نشطة هي الوحدة 2.
هذه الخاصية (إهمال إشارة الملتقط ما دامت الوحدة التي تستقبلها غير نشطة) هي التي تحل مشكلة الملتقط المتكرر والإشارات المتعارضة.
> ملاحظة للامتحان: عندما يطلب منك «شرح مبدأ المعقب» اذكر ثلاث أفكار: ذاكرة لكل مرحلة، التنشيط بشرط $X_{n-1}\cdot r_{n-1}$، الإلغاء بنشاط المرحلة التالية.
أخطاء شائعة
- ربط الملتقط بمدخل الوحدة التي ينشطها بدل الوحدة التي يؤكد فعلها (إزاحة بوحدة): a1 الذي يؤكد 1A+ يُربط بالوحدة التي تأمر 1A+.
- الاعتقاد أن الوحدة تبقى نشطة حتى «ينتهي الفعل»: هي تبقى نشطة إلى أن تنشط الوحدة التالية.
- نسيان أن مخرج الوحدة إشارة قيادة (خط متقطع) تذهب إلى 12 أو 14، لا إلى الدافعة مباشرة.
2. ربط الوحدات: التسلسل والتهيئة وإعادة الضبط
تركيب المعقب
يُبنى المعقب بوضع الوحدات جنبا إلى جنب على قاعدة واحدة، فتتصل خطوطها الداخلية (التغذية P، خط إعادة الضبط RAZ، الإشارات $X_{n-1}$ و $X_{n+1}$) تلقائيا عبر السطوح المتلاصقة، دون أنابيب. يبقى على المركّب أن يربط المداخل والمخارج الخارجية فقط.
يبين الشكل الرسم المعتمد في مواضيع البكالوريا: لوحة رأس على اليسار، الوحدات 0 إلى 3، لوحة نهاية على اليمين، وفوق كل وحدة مخرج وتحتها مدخل.
لوحة الرأس ولوحة النهاية
لوحة الرأس (embase d'entrée، على اليسار) تحمل أربعة منافذ:
| المنفذ | الدور | |---|---| | P | تغذية المعقب كله بالهواء المضغوط (يربط بمصدر الضغط) | | R | مدخل إعادة الضبط RAZ من الخارج (مثلا زر «تهيئة» في لوحة التحكم) | | A | مدخل: يستقبل من لوحة النهاية أمر تنشيط الوحدة 0، أي نشاط آخر وحدة مضروبا في آخر استقبالية | | B | مخرج: يرسل نشاط الوحدة 0 نحو لوحة النهاية ليلغي تنشيط آخر وحدة |
ويوجد على لوحة الرأس زر يدوي T يعطي إشارة إعادة الضبط نفسها.
لوحة النهاية (على اليمين) تحمل منفذين: A مخرج يحمل $X_k\cdot r_k$ (k رقم آخر وحدة) الصادر عن خلية «و» لآخر وحدة، و B مدخل يحمل $X_0$ نحو خلية «أو» لآخر وحدة. يُربط A في النهاية بـ A في الرأس، و B بـ B، فتُغلق الحلقة: آخر مرحلة تتبعها المرحلة 0، كما يعود خط الرجوع في المتمن من آخر انتقال إلى المرحلة الابتدائية. ونجد بذلك معادلة المرحلة الابتدائية: $X_0 = X_k\cdot r_k + X_0\cdot\overline{X_1} + RAZ$.
> ربط A بـ A و B بـ B بين لوحتي الطرفين هو الذي يحوّل سلسلة الوحدات إلى دورة؛ بدونه تتوقف الدورة في آخر مرحلة.
الوحدة 0 والتهيئة
الوحدة الأولى بجوار لوحة الرأس هي وحدة المرحلة الابتدائية (المرسومة بمربع مزدوج في المتمن). عند الضغط على T أو وصول إشارة إلى R:
- تُمحى ذاكرات كل الوحدات الأخرى ($X_1$ إلى $X_n$ تصبح 0)؛
- تُنشَّط الوحدة 0 ($X_0 = 1$).
هذه هي التهيئة (initialisation)، وهي ما يسميه درس المتمن الزر Init؛ في المعقب الهوائي تسمى RAZ (إعادة الضبط): نقوم بها عند تشغيل التركيب لأول مرة، أو بعد انقطاع الهواء، أو بعد توقف طارئ. يجب أن تكون الدافعات عندئذ في وضعها الابتدائي (الملتقطات a0 و b0… مضغوطة)، وإلا وجب إرجاعها يدويا أولا.
قواعد عملية
- عدد الوحدات = عدد مراحل المتمن، بما فيها المرحلة 0. متمن من 0 إلى 5 يحتاج 6 وحدات.
- ترتيب الوحدات من اليسار إلى اليمين هو ترتيب المراحل في المتمن الخطي.
- مدخل الوحدة n = الاستقبالية الواقعة تحت المرحلة n؛ فمدخل الوحدة 0 = استقبالية الانطلاق (Dcy أو Dcy·p)، ومدخل آخر وحدة = آخر استقبالية في الدورة (التي تعيد إلى المرحلة 0).
- المخرج الذي لا فعل له (غالبا مخرج الوحدة 0) يُسدّ بسدادة، وإلا تسرب منه الهواء كلما نشطت الوحدة.
- كل ملتقط يُغذّى منفذه 1 بالضغط، ومنفذه 2 هو الذي يُربط بمدخل الوحدة.
تطور المعقب في الزمن
لنأخذ أبسط دورة: 0 –m→ 1 [1A+] –a1→ 2 [1A−] –a0→ 0، بثلاث وحدات.
نقرأ المخطط الزمني لحظة بلحظة:
| اللحظة | الحدث | الوحدة النشطة | |---|---|---| | t0 | نبضة RAZ (الزر T) | 0 (التهيئة) | | t1 | الضغط على m ($X_0\cdot m = 1$) | 1: تخرج 1A، ثم يتحرر a0 | | t2 | وصول a1 ($X_1\cdot a_1 = 1$) | 2: تدخل 1A، ثم يتحرر a1 | | t3 | وصول a0 ($X_2\cdot a_0 = 1$) | 0: نهاية الدورة |
لاحظ ثلاثة أمور:
- عند t0 كان a0 مضغوطا لكنه لم يغير شيئا، لأن a0 يدخل الوحدة 2 فتضربه خلية «و» فيها في $X_2 = 0$. التهيئة وحدها تنشط الوحدة 0.
- في كل لحظة وحدة واحدة فقط نشطة: التنشيط والإلغاء متتاليان في زمن قصير جدا.
- نبضة m قصيرة؛ ومع ذلك تبقى $X_1 = 1$ بعد تحرير الزر، لأن الوحدة ذاكرة.
مثال محلول
متمن خطي فيه المراحل 0 إلى 7، وأفعال المراحل 1 إلى 7 كلها حركات دافعات.
- عدد الوحدات: 8 (المراحل 0 إلى 7).
- عدد المخارج المستعملة: 7؛ مخرج الوحدة 0 يُسد.
- مدخل الوحدة 0: استقبالية الانطلاق (تحت المرحلة 0)؛ ومدخل الوحدة 7: الاستقبالية الواقعة تحت المرحلة 7 (آخر انتقال)، وتنشيطها للوحدة 0 يمر عبر الحلقة A.
- منافذ الطرفين: المنفذ A للوحة النهاية يُربط بالمنفذ A للوحة الرأس، و B بـ B؛ و P بمصدر الضغط.
> ملاحظة للامتحان: في سؤال «أتمم ربط المعقب» تحقق في النهاية من أربعة أشياء: P موصول بالضغط، الحلقتان A و B مغلقتان، كل مدخل يحمل الاستقبالية الصحيحة، كل مخرج يذهب إلى القيادة الصحيحة.
3. تجسيد GRAFCET بمعقب: الطريقة والمخطط الكامل
التسميات المعتمدة
نسمي الدافعات 1A و 2A و 3A (وتسميها بعض المواضيع A و B و C)، فالفعل 1A+ هو نفسه A+ والفعل 1A− هو A−. ملتقطا الدافعة 1A هما a0 (أي 1S1، الساق داخلة) و a1 (أي 1S2، الساق خارجة)، وللدافعة 2A الملتقطان b0 و b1، وللدافعة 3A الملتقطان c0 و c1. ونكتب قيادة الخروج للموزع 1V1 بالشكل 1V1(14) وقيادة الرجوع 1V1(12)، أي «القيادة 14 للموزع 1V1» و«القيادة 12 للموزع 1V1».
الطريقة في ست خطوات
لتحويل متمن من المستوى 2 (وجهة نظر جزء التحكم) إلى مخطط هوائي بمعقب نتبع دائما الخطوات نفسها:
- نعدّ المراحل فنعرف عدد الوحدات (وحدة لكل مرحلة، والوحدة 0 للمرحلة الابتدائية).
- نختار المنفذات المتصدرة: لكل دافعة مزدوجة المفعول موزع 5/2 ثنائي الاستقرار بقيادتين هوائيتين: القيادة 14 تعطي الحركة + (خروج الساق) والقيادة 12 تعطي الحركة − (دخول الساق).
- نربط المخارج: مخرج الوحدة n ← قيادة الموزع المطابقة لفعل المرحلة n.
- نربط المداخل: الاستقبالية الواقعة تحت المرحلة n (الملتقط الذي يؤكد فعلها) ← مدخل الوحدة n. والاستقبالية المركبة (مثلا Dcy·p تحت المرحلة 0) تمر أولا بخلية «و».
- نغذي: المنفذ P للمعقب، المنفذ 1 لكل موزع، المنفذ 1 لكل ملتقط 3/2 (عادة مغلق NF، بكرة ونابض رجوع).
- نغلق الحلقة (A بـ A، B بـ B) ونسد المخارج غير المستعملة.
نلخص الربط دائما في جدول تعيين (module | مدخل | مخرج) قبل الرسم؛ هذا الجدول يُطلب كثيرا في الامتحان لأنه يثبت الفهم دون رسم.
مثال 1: دافعة واحدة (مكبس بسيط)
دافعة 1A مزدوجة المفعول تخرج عند الضغط على الزر m وتعود آليا عند وصولها إلى a1. المتمن: 0 –m→ 1 [1A+] –a1→ 2 [1A−] –a0→ 0.
في الشكل:
- الوحدة 1 تقود 14 للموزع 1V1 (الحركة 1A+)، والوحدة 2 تقود 12 (الحركة 1A−)، ومخرج الوحدة 0 مسدود.
- الزر m يُربط بمدخل الوحدة 0، الملتقط a1 (1S2) بالوحدة 1 (يؤكد 1A+)، والملتقط a0 (1S1) بالوحدة 2 (يؤكد 1A−)؛ وجداء $X_2\cdot a_0$ يعود إلى الوحدة 0 عبر الحلقة A.
- رُسم a0 في وضعه المضغوط لأن الساق داخلة في الوضع الابتدائي، فهو يعطي 1 من البداية.
- خطوط القيادة متقطعة وخطوط القدرة (من الموزع إلى الدافعة) متصلة.
مثال 2: دافعتان (تثبيت ووسم)
منصب يثبت قطعة بالدافعة 1A ثم يسمها بالدافعة 2A. يبدأ الدور عند الضغط على Dcy بشرط وجود القطعة (الملتقط p). الدورة: 1A+ 2A+ 2A− 1A−.
يبين الشكل الجزء العملي والملتقطات a0، a1، b0، b1، p، والمتمن من المستوى 2 بخمس مراحل. جدول التعيين:
| الوحدة | المدخل (الاستقبالية) | المخرج (القيادة) | |---|---|---| | 0 | Dcy·p عبر خلية «و» | مسدود | | 1 | a1 | 14 للموزع 1V1 (1A+) | | 2 | b1 | 14 للموزع 2V1 (2A+) | | 3 | b0 | 12 للموزع 2V1 (2A−) | | 4 | a0 | 12 للموزع 1V1 (1A−) |
المخطط الكامل يجمع ثلاثة مستويات من الأعلى إلى الأسفل: المنفذات (1A و 2A) مع موزعيهما، ثم المعقب ومخارجه نحو القيادات، ثم الملتقطات وخلية «و» نحو مداخل المعقب. تقاطع خطين دون نقطة لا يعني اتصالهما.
لماذا لا توجد إشارات متعارضة هنا؟
في هذه الدورة يكون b0 مضغوطا في المرحلة 1 وفي المرحلة 4، و a1 مضغوطا من المرحلة 2 إلى المرحلة 4. لو رُبطت الملتقطات مباشرة بالقيادات لوصلت إشارتان متعاكستان إلى 2V1 في المرحلة 3 (a1 يطلب 2A+ و b1 يطلب 2A−) فيُحجز الموزع. مع المعقب:
- القيادة 14 للموزع 2V1 لا تتلقى الضغط إلا ما دامت $X_2 = 1$، والقيادة 12 لا تتلقاه إلا ما دامت $X_3 = 1$؛
- وبما أن $X_2$ و $X_3$ لا تكونان 1 معا، فلا تصل أبدا إشارتان متعاكستان إلى الموزع نفسه.
> كل قيادة موزع يغذيها مخرج وحدة واحدة نشطة مرحلة واحدة: هذا ما يجعل المعقب حلا عاما لكل الدورات الخطية مهما طالت.
مثال محلول: عدد العناصر
للمنصب السابق، كم عنصرا نحتاج؟ دافعتان، موزعان 5/2 ثنائيا الاستقرار، معقب من 5 وحدات مع لوحتيه، خلية «و» واحدة، وستة مكونات إدخال 3/2 NF: أربعة ملتقطات بكرة (a0، a1، b0، b1) وملتقط حضور p وزر Dcy. عدد المخارج المستعملة 4 (الوحدات 1 إلى 4)، وعدد المداخل المستعملة 5.
أخطاء شائعة
- ربط الحركة + بالقيادة 12: تذكر أن 14 تصل 1 بـ 4 والمنفذ 4 يغذي الغرفة الخلفية فتخرج الساق.
- ربط مخرج الوحدة بالمنفذ 1 للموزع بدل قيادته.
- نسيان خلية «و» عندما تكون الاستقبالية جداء متغيرين (Dcy·p): وصل مخرجي الملتقطين مباشرة بوصلة T لا يحقق «و»، بل يتسرب الهواء من منفذ التفريغ 3 للملتقط غير المضغوط.
4. حالات خاصة: دافعة تتحرك مرتين، المؤجلة، الفعل المستمر
دورة بثلاث دافعات أو أكثر
لا تتغير الطريقة مهما زاد عدد الدافعات: وحدة لكل مرحلة، مخرج كل وحدة إلى قيادة فعلها، مدخل كل وحدة من استقباليتها. الدورة 1A+ 2A+ 2A− 1A− 3A+ 3A− بثلاث دافعات تحتاج 7 وحدات (0 إلى 6) وثلاثة موزعات 5/2 وستة ملتقطات نهاية شوط. لا تزداد المسألة صعوبة إلا في ثلاث حالات ندرسها الآن.
الحالة 1: دافعة تتحرك مرتين في الدورة
منصب وسم يثبت القطعة (1A) ثم يطرقها مرتين (2A) ثم يحررها: 1A+ 2A+ 2A− 2A+ 2A− 1A−.
المتمن له 7 مراحل؛ ومخطط الحركات (diagramme des phases) يبين أن 2A تخرج في الطورين 2 و4 وتدخل في الطورين 3 و5. نتيجتان:
أ. القيادة نفسها يأمرها مخرجا وحدتين. القيادة 14 للموزع 2V1 يجب أن تتلقى الضغط في المرحلة 2 أو في المرحلة 4: نجمع $X_2$ و $X_4$ بخلية «أو» (cellule OU، وتسمى أيضا محوّل الدارة sélecteur de circuit). وبالمثل تجمع خلية «أو» ثانية $X_3$ و $X_5$ نحو القيادة 12.
$ P_{14} = X_2 + X_4 $
$ P_{12} = X_3 + X_5 $
لماذا لا نصل المخرجين بوصلة T بسيطة؟ لأن مخرج الوحدة غير النشطة مفرغ إلى الجو داخل الوحدة: الهواء القادم من الوحدة النشطة يهرب منه ولا يصل ضغط كاف إلى القيادة. خلية «أو» فيها كرية تسد المدخل غير المضغوط فتمنع هذا التسرب.
ب. الملتقط نفسه يدخل وحدتين. الملتقط b1 يؤكد خروج 2A في المرحلة 2 و المرحلة 4 (فهو الاستقبالية الواقعة تحتهما)، و b0 يؤكد دخولها في المرحلة 3 و المرحلة 5. هنا تكفي وصلة T (نقطة توصيل): مخرج b1 يُوزع على مدخلي الوحدتين 2 و4، ومخرج b0 على مدخلي الوحدتين 3 و5. لا خطر في ذلك لأن كل وحدة تضرب الإشارة في نشاطها هي، فلا تقبلها إلا إذا كانت نشطة.
في الشكل تظهر خليتا «أو» (OR1 و OR2) بين المعقب والموزع 2V1، ووصلتا T (نقطتان) تحت المعقب؛ أما بقية المداخل والمخارج فمكتوبة بأسمائها فقط.
> مخرجان نحو قيادة واحدة: خلية «أو» إجبارية. ملتقط نحو مدخلين: وصلة T تكفي.
الحالة 2: المؤجلة (temporisation)
كثيرا ما يُطلب إبقاء وضع مدة معينة: ضغط لصق، تسخين، انتظار تبريد. في المتمن تُكتب المرحلة التي تبدأ فيها المدة مع فعل $T = 4\ s$، والاستقبالية التي تليها t/X3/4s، وتقرأ: «تصبح 1 بعد مضي 4 s على تنشيط المرحلة 3» (والمعيار يكتبها أيضا 4s/X3).
المؤجلة الهوائية (temporisateur pneumatique) تتكون من:
- مخنق قابل للضبط (réducteur de débit) مع صمام عدم رجوع (clapet anti-retour) على التوازي: الهواء يدخل ببطء عبر المخنق، ويخرج بسرعة عبر الصمام عند زوال الإشارة؛
- خزان صغير (réservoir) يمتلئ تدريجيا فيرتفع ضغطه؛
- موزع 3/2 عادة مغلق بقيادة هوائية يُغذّى بالضغط: يتحول عندما يبلغ ضغط الخزان عتبة القيادة، فيظهر الضغط في مخرجه 2.
الربط: مخرج الوحدة 3 ← مدخل المؤجلة؛ مخرج المؤجلة t ← مدخل الوحدة 3 نفسها، لأن t هي الاستقبالية الواقعة تحت المرحلة 3 (أما b1 الذي ينهي المرحلة 2 فيدخل الوحدة 2). تُضبط المدة بلولب المخنق: كلما ضاق المرور طال زمن امتلاء الخزان. يبين المخطط الزمني أن t يظهر بعد 4 s من $X_3$، فتمرر خلية «و» للوحدة 3 الجداء $X_3\cdot t$ وتنشط الوحدة 4 التي تلغي الوحدة 3، فتفرغ المؤجلة بسرعة ويعود t إلى 0 استعدادا للدورة التالية.
لماذا لا يلزم فعل في المرحلة 3 لإبقاء الدافعة خارجة؟ لأن الموزع ثنائي الاستقرار يحفظ وضعه: 2A تبقى خارجة حتى تأمرها الوحدة 4 بالرجوع.
الحالة 3: فعل يجب أن يستمر عدة مراحل
إذا كانت الدافعة بسيطة المفعول يقودها موزع 3/2 أحادي الاستقرار (رجوع بنابض)، فهي تبقى خارجة فقط ما دامت قيادتها مضغوطة. فإن كان يجب أن تبقى خارجة من المرحلة 1 إلى المرحلة 3، تُجمع المخارج $X_1$ و $X_2$ و $X_3$ بخليتي «أو» متتاليتين:
$ P = X_1 + X_2 + X_3 $
ولهذا يُفضل في مواضيع البكالوريا الموزع 5/2 ثنائي الاستقرار مع المعقب: تكفيه إشارة في مرحلة واحدة لكل حركة.
مثال محلول: عدد العناصر للدورة المزدوجة
للدورة 1A+ 2A+ 2A− 2A+ 2A− 1A−:
- عدد الوحدات: 7 (المراحل 0 إلى 6)؛
- خلايا «أو»: 2 (واحدة للقيادة 14 وواحدة للقيادة 12 للموزع 2V1)؛
- وصلات T عند المداخل: 2 (للملتقطين b1 و b0)؛
- مدخل الوحدة 0: Dcy؛ مدخل الوحدة 1: a1؛ مدخل الوحدة 6: a0؛ مخرج الوحدة 1: القيادة 14 للموزع 1V1؛ مخرج الوحدة 6: القيادة 12 للموزع 1V1.
أخطاء شائعة
- استعمال خلية «و» بدل «أو» لجمع مخرجي الوحدتين: «و» لا تعطي 1 أبدا لأن الوحدتين لا تنشطان معا.
- نسيان إرجاع t إلى الصفر: المؤجلة يجب أن تُفرّغ عند زوال الإشارة، ولذلك يوجد صمام عدم الرجوع.
- كتابة t/X4/4s بدل t/X3/4s: رقم المرحلة في الاستقبالية هو رقم المرحلة التي بدأ فيها العد، لا التي ستنشط.
5. المحاكاة الجزئية والتركيب على مجسمة
لماذا نحاكي قبل أن نركّب؟
البرنامج يطلب «محاكاة جزئية» للنظام الآلي: قبل ربط أي أنبوب نرسم المخطط في برمجية محاكاة (logiciel de simulation) ونشغّله على الشاشة. الفائدة مزدوجة:
- التحقق من صحة المخطط: هل تتسلسل الحركات كما في المتمن؟ هل يوجد منفذ غير موصول أو إشارة متعارضة؟
- ربح الوقت وتفادي الخطر: الخطأ على الشاشة لا يكسر قطعة ولا يجرح يدا، وتصحيحه يأخذ ثواني.
مبدأ برمجيات المحاكاة
كل برمجيات محاكاة الدارات الهوائية تعمل بالمبدأ نفسه، مهما كان اسمها:
- مكتبة مكونات بالرموز الموحدة ISO 1219: دافعات، موزعات، ملتقطات، خلايا منطقية، وحدات معقب، مؤجلات، مصادر ضغط.
- رسم المخطط: نسحب المكونات إلى ورقة العمل ونصل منافذها بأنابيب؛ البرمجية تشير إلى المنفذ المفتوح غير الموصول.
- ضبط الخصائص (paramètres): ضغط التغذية (مثلا 6 bar)، قطر الدافعة ومشوارها، الحمولة، مدة المؤجلة، ووضع كل ملتقط على الدافعة (نسمي الملتقط باسم مثل a1 ونضعه عند نهاية المشوار).
- تشغيل المحاكاة: البرمجية تحسب الضغوط والصبيب والحركات، فتتلون الأنابيب المضغوطة، وتتحرك سيقان الدافعات، وتنشط وحدات المعقب واحدة بعد واحدة.
- التشغيل خطوة بخطوة أو بالبطيء لمتابعة كل انتقال، والضغط بالفأرة على الأزرار (Dcy، T) كما يفعل العامل.
- المنحنيات: مخطط الحركات والحالات بدلالة الزمن، يقاس منه زمن الدورة وسرعات الدافعات.
يعرض الشكل نتيجة محاكاة الدورة 1A+ 2A+ 2A− 1A− (المخطط الكامل في الجزء الثالث): المنحنيان العلويان يعطيان موضع الساقين، والأشرطة الخضراء تبين المرحلة النشطة. نتحقق فورا من أن مرحلة واحدة نشطة في كل لحظة وأن الحركات في الترتيب المطلوب.
مثال محلول: قراءة نتائج المحاكاة
من الشكل: ضُغط Dcy عند 0,5 s، وانتهت الحركات كما يلي: 1A+ عند 1,5 s، 2A+ عند 2,1 s، 2A− عند 2,6 s، 1A− عند 3,4 s. مشوار 1A يساوي 100 mm ومشوار 2A يساوي 50 mm.
1. زمن الدورة:
$ t_c = 3{,}4 - 0{,}5 = 2{,}9\ s $
2. سرعة خروج 1A (مشوار 100 mm في 1,0 s):
$ v_{1A+} = \frac{100}{1{,}0} = 100\ mm/s $
3. سرعة خروج 2A (مشوار 50 mm في 0,6 s):
$ v_{2A+} = \frac{50}{0{,}6} \approx 83{,}3\ mm/s $
4. الإنتاج الساعي إذا كان العامل يحتاج 3,1 s لوضع القطعة ونزعها بين دورتين:
$ t = 2{,}9 + 3{,}1 = 6{,}0\ s $
$ N = \frac{3600}{6{,}0} = 600\ pièces/h $
ما الذي تكشفه المحاكاة؟
| ما نلاحظه على الشاشة | السبب المحتمل | التصحيح | |---|---|---| | لا شيء يتحرك بعد Dcy | المعقب غير مهيأ، أو P غير موصول | الضغط على T، ربط P | | الدورة تتوقف عند مرحلة معينة | الملتقط المنتظر مربوط بوحدة أخرى، أو غير موضوع على الدافعة | مراجعة جدول المداخل ووضع الملتقط | | الدافعة تتحرك في الاتجاه المعاكس | القيادتان 12 و 14 مقلوبتان، أو المنفذان 2 و 4 | تبديل الربط | | مرحلة تنشط وتنطفئ فورا دون أن تُنفّذ حركتها | مدخل وحدتها يحمل ملتقطا مضغوطا من قبل (ملتقط خاطئ) | إعادة ربط المداخل حسب جدول التعيين | | تحذير «منفذ مفتوح» أو هواء يتسرب | مخرج وحدة غير مسدود أو أنبوب ناقص | سدّ المخرج، إتمام الربط | | الدورة تقف في آخر مرحلة | الحلقة A بين لوحتي المعقب غير موصولة | ربط A بـ A | | الدورة الأولى سليمة والثانية لا تنطلق | الحلقة B غير موصولة: آخر وحدة تبقى نشطة | ربط B بـ B |
التركيب على مجسمة تعليمية
بعد نجاح المحاكاة ننقل المخطط إلى مجسمة (maquette / panneau didactique): لوحة مثقبة أو ذات مجاري تُثبت عليها المكونات الحقيقية، وتوصل بأنابيب مرنة رفيعة (قطرها الخارجي غالبا 4 mm أو 6 mm) بوصلات سريعة تُدفع باليد.
خطوات العمل:
- قطع الضغط والتأكد أن مؤشر الضغط يدل على الصفر.
- وضع المكونات على اللوحة حسب المخطط: الدافعات في الأعلى، الموزعات تحتها، المعقب، ثم الملتقطات والأزرار. تُثبت الملتقطات بحيث تضغطها الساق فعلا في نهاية مشوارها.
- ربط خطوط القدرة أولا (التغذية ← الموزعات ← الدافعات)، ثم خطوط القيادة (المعقب ← القيادات، الملتقطات ← المعقب)، مع شطب كل ربط على المخطط الورقي بعد إنجازه.
- مراجعة كل الوصلات مقارنة بجدول التعيين.
- فتح الضغط تدريجيا عبر وحدة المعالجة (مرشح، منظم الضغط، مزيت) وضبط ضغط معتدل للتجربة.
- التهيئة بالزر T، ثم التشغيل بـ Dcy، مع متابعة المراحل واحدة بواحدة.
قواعد السلامة:
- لا تنزع أنبوبا والدارة تحت الضغط: الأنبوب الحر يتلوى بعنف وقد يصيب العين.
- ارتداء نظارات واقية، وإبعاد اليدين عن مسار السيقان.
- التأكد من وجود زر توقف أو صمام قطع في متناول اليد.
> الترتيب الصحيح دائما: المتمن ← جدول التعيين ← المخطط ← المحاكاة ← المجسمة. لا نركّب على المجسمة ما لم ينجح على الشاشة.
أخطاء شائعة
- الاعتقاد أن المحاكاة تغني عن ضبط الملتقطات الحقيقية: على المجسمة قد لا تبلغ الساق البكرة إن ثُبّت الملتقط بعيدا.
- فتح الضغط قبل التهيئة والجزء العملي في وضع غير ابتدائي.
- خلط زمن الدورة (من Dcy إلى رجوع المرحلة 0) بزمن حركة واحدة.
6. تمارين محلولة بنمط البكالوريا
التمرين 1: مكبس لصق بمؤجلة
تقديم النظام: منصب آلي يلصق صفيحتين. يضع العامل الصفيحتين المطليتين بالغراء في المقر، فيكشف الملتقط p وجودهما. عند الضغط على Dcy:
- تثبت الدافعة 1A الصفيحتين (الملتقطان a0 و a1)؛
- تنزل الدافعة 2A رأس الكبس (b0 و b1) وتبقيه مضغوطا 4 s؛
- يرتفع رأس الكبس ثم يتحرر التثبيت.
المعطيات: الدافعتان مزدوجتا المفعول يقودهما موزعان 5/2 ثنائيا الاستقرار بقيادة هوائية؛ الملتقطات موزعات 3/2 NF؛ معقب هوائي؛ مؤجلة هوائية. أزمنة الحركات: 1A+ في 0,8 s، 2A+ في 0,5 s، 2A− في 0,4 s، 1A− في 0,7 s؛ ويحتاج العامل 3,6 s لتغيير القطع.
الأسئلة:
- أنجز المتمن من المستوى 2 (وجهة نظر جزء التحكم).
- ما عدد وحدات المعقب؟ أين تُوضع المؤجلة؟
- أنجز جدول تعيين المداخل والمخارج.
- احسب زمن الدورة الآلية والإنتاج الساعي.
- يُطلب رفع مدة الكبس إلى 6 s. ما الذي يتغير في المتمن وفي التركيب؟
الحل:
1. المتمن:
المرحلة 3 مخصصة للانتظار: فعلها تشغيل المؤجلة $T = 4\ s$، واستقباليتها t/X3/4s. لا نكرر 2A+ فيها لأن الموزع 2V1 ثنائي الاستقرار يحفظ وضع الخروج.
2. المراحل من 0 إلى 5: 6 وحدات. توضع المؤجلة بين مخرج الوحدة 3 ومدخل الوحدة 3: يبدأ العد عند تنشيط المرحلة 3، و t هي الاستقبالية الواقعة تحتها.
3. الجدول في الشكل:
| الوحدة | المدخل | المخرج | |---|---|---| | 0 | خلية «و» (Dcy، p) | مسدود | | 1 | a1 | 1V1(14) | | 2 | b1 | 2V1(14) | | 3 | مخرج المؤجلة t | مدخل المؤجلة | | 4 | b0 | 2V1(12) | | 5 | a0 | 1V1(12) |
4. زمن الدورة الآلية (من Dcy إلى رجوع المرحلة 0):
$ t_c = 0{,}8 + 0{,}5 + 4 + 0{,}4 + 0{,}7 $
$ t_c = 6{,}4\ s $
زمن القطعة مع التلقيم:
$ t = 6{,}4 + 3{,}6 = 10\ s $
$ N = \frac{3600}{10} = 360 $
أي 360 قطعة في الساعة.
5. تصبح الاستقبالية t/X3/6s وفعل المرحلة 3 $T = 6\ s$؛ ولا يتغير الربط: يكفي غلق المخنق قليلا (تضييق المرور) ليمتلئ خزان المؤجلة في زمن أطول. يصبح زمن الدورة 8,4 s.
التمرين 2: منصب تثقيب بثلاث دافعات
تقديم النظام: قطعة يكشفها الملتقط p. عند Dcy: تثبتها 1A (a0، a1)، ينزل رأس المثقب بالدافعة 2A (b0، b1) ثم يصعد، تتحرر القطعة، ثم تدفعها 3A (c0، c1) نحو الصندوق وتعود. محرك دوران المثقب يدور ما دام المنصب في حالة تشغيل، ولا يدخل في الدراسة.
الأسئلة:
- أنجز المتمن من المستوى 2 ومخطط الحركات.
- أعط عدد الوحدات ووجهة كل مخرج.
- لتحسين إخراج الرايش، يُطلب أن ينزل المثقب مرتين قبل تحرير القطعة. اكتب الدورة الجديدة وأعط التغييرات في التركيب.
الحل:
1.
الدورة: 1A+ 2A+ 2A− 1A− 3A+ 3A−، وهي 7 مراحل (0 إلى 6). مخطط الحركات يبين أن كل دافعة تتحرك ذهابا وإيابا مرة واحدة، وأن 3A لا تخرج إلا بعد تحرر القطعة (a0).
2. 7 وحدات:
| الوحدة | المدخل | المخرج | |---|---|---| | 0 | خلية «و» (Dcy، p) | مسدود | | 1 | a1 | 14 للموزع 1V1 | | 2 | b1 | 14 للموزع 2V1 | | 3 | b0 | 12 للموزع 2V1 | | 4 | a0 | 12 للموزع 1V1 | | 5 | c1 | 14 للموزع 3V1 | | 6 | c0 | 12 للموزع 3V1 |
3. الدورة الجديدة: 1A+ 2A+ 2A− 2A+ 2A− 1A− 3A+ 3A−، أي المراحل 0 إلى 8:
0 –Dcy·p→ 1 [1A+] –a1→ 2 [2A+] –b1→ 3 [2A−] –b0→ 4 [2A+] –b1→ 5 [2A−] –b0→ 6 [1A−] –a0→ 7 [3A+] –c1→ 8 [3A−] –c0→ 0.
التغييرات:
- 9 وحدات بدل 7؛
- خلية «أو» تجمع $X_2$ و $X_4$ نحو القيادة 14 للموزع 2V1، وأخرى تجمع $X_3$ و $X_5$ نحو القيادة 12؛
- وصلة T للملتقط b1 نحو مدخلي الوحدتين 2 و4، وأخرى للملتقط b0 نحو الوحدتين 3 و5؛
- مدخل الوحدة 0 يبقى خلية «و» (Dcy، p)، ومدخل آخر وحدة (8) هو c0.
التمرين 3: تشخيص أعطال بالمحاكاة
ركّب تلميذ في برمجية المحاكاة المخطط الكامل لمنصب التثبيت والوسم (الجزء الثالث، الدورة 1A+ 2A+ 2A− 1A−). اشرح كل عطل:
أ. بعد Dcy تخرج 1A وتبقى خارجة، ولا يحدث شيء بعدها.
- التفسير: الملتقطان a1 و b1 مقلوبان (a1 على الوحدة 2 و b1 على الوحدة 1). عند خروج 1A يصل a1 إلى الوحدة 2 فيُهمل لأن $X_2 = 0$، والوحدة 1 تنتظر b1 الذي لن يأتي لأن 2A لم تؤمر بالحركة. التصحيح: a1 ← الوحدة 1، b1 ← الوحدة 2.
ب. تخرج 1A، تنشط الوحدة 2، ثم تتوقف الدورة دون أن تتحرك 2A.
- التفسير: مخرجا الوحدتين 2 و3 مقلوبان على قيادتي 2V1: الوحدة 2 تضغط القيادة 12 والدافعة داخلة أصلا، فلا يأتي b1.
ج. الدورة الأولى سليمة، لكن في الدورة الثانية لا تخرج 1A بعد Dcy.
- التفسير: الحلقة B بين لوحتي المعقب غير موصولة. عند نهاية الدورة الأولى ينشط الجداء $X_4\cdot a_0$ الوحدة 0 (عبر الحلقة A) لكن الوحدة 0 لا تلغي الوحدة 4، فيبقى مخرجها يضغط القيادة 12 للموزع 1V1. في الدورة الثانية تصل إشارة الوحدة 1 إلى القيادة 14 فتتعارض الإشارتان ويبقى الموزع في وضعه. التصحيح: ربط B بـ B.
> منهجية التشخيص: حدد آخر مرحلة بلغتها الدورة، ثم افحص شرط الانتقال الذي يليها: هل تُنفّذ الحركة (المخرج والقيادة)؟ وهل يصل الملتقط المنتظر إلى الوحدة الصحيحة؟
الجزء الأول من الدرس مفتوح للجميع، وبقيته مع الاشتراك.