المكونات الرئيسية للوحة التحكم الكهربائية: شرح مفصل

يُعد فهم لوحات التحكم الكهربائية الأساسية أمرًا بالغ الأهمية لضمان سلاسة تشغيل الآلات والأنظمة والعمليات. وينطبق هذا الفهم سواءً في مجال الأتمتة الصناعية أو السكنية أو التجارية. ستقدم هذه المقالة لمحة عامة عن ماهية لوحة التحكم الكهربائية، وكيفية عملها، وكيفية حماية نظامك، وأهمية مكوناتها الفردية.

ما هي لوحة التحكم الكهربائية؟

لوحة التحكم الكهربائية هي شبكة من الوظائف التي تنظم الطاقة الكهربائية وتوزعها من خلال مكونات الطاقة المجمعة في وحدة مركزية واحدة. وتُعد هذه اللوحة أساسية في أتمتة الأنظمة الكهربائية، ومراقبة وتكامل المكونات الكهربائية، مثل الآلات وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، وغيرها. وبعبارة أبسط، فهي العنصر الأساسي الذي يدمج ويشرف على جميع المعدات المتعلقة بنظام الطاقة لديك، ويضمن سير عملها بشكل فردي.

مكونات لوحة التحكم الكهربائية

1. الغلاف: الطبقة الخارجية

الغلاف هو أول طبقة تلمسها عند الاقتراب من لوحة التحكم الكهربائية. وهو يشبه غلافًا حول اللوحة. يعمل الغلاف كحاجز يحيط بالمكونات في المركز، ويحجب العوامل الجوية كالغبار والماء والحرارة.

• موضوعي:يحمي المكونات الداخلية من البيئة الخارجية.
• المواد المستخدمة:اعتمادًا على التطبيق، يمكن استخدام الفولاذ أو الألومنيوم أو البلاستيك للغلاف.

أنواع مختلفة من الحاويات:

• الحظائر الداخلية:يمكنك استخدامها في بيئات جافة وخاضعة للرقابة.
• المرافق الخارجية: إنها تحمي من هطول الأمطار، والثلوج، ودرجات الحرارة القصوى.
• البيئات الخطرة:تم تصميمها خصيصًا للدفاع ضد الغاز المتفجر والمواد الخطرة الأخرى.
• المقاسات والتهوية: اختيار حجم مناسب للهيكل أمر بالغ الأهمية لضمان التهوية الجيدة ومنع ارتفاع درجة الحرارة. قد يؤدي ضعف تدفق الهواء إلى ارتفاع درجة الحرارة وتعطل المكونات، مما قد يؤدي إلى تعطل نظامك.

2. قواطع الدائرة: حراس السلامة

أثناء أعمال البناء، يجب أن يكون كل شيء آمنًا. في هذه الحالة، قواطع الدائرة هذه المكونات مدمجة في نظامك، وتُعطّل عمل الجهاز في حال مرور تيار كهربائي زائد أو حدوث ماس كهربائي. كما أنها تمنع الحرائق، وأعطال النظام، وتلف المعدات، مما قد يكون مكلفًا للغاية.

أنواع قواطع الدائرة:

• MCB (قواطع الدائرة الصغيرة): هذه هي وسائل حماية الدوائر الشائعة في المنازل، والتي تستهدف الدوائر الأصغر حجمًا.
• MCCB (قاطع الدائرة المصبوب): مصمم للاستخدام في المنشآت التجارية والصناعية الخفيفة.
• قاطع الدائرة الهوائية (ACB): هذا النوع مطلوب للجهد العالي في الأنظمة الصناعية الكبيرة.

التطبيقات:باعتبارها مكونًا معتادًا في لوحات التحكم الكهربائية الحديثة في العديد من الصناعات، توفر قواطع الدائرة دائمًا الحماية لمنازلك ومكاتبك وحتى الآلات الصناعية.

3. مصدر الطاقة: مصدر الطاقة

يجب أن تكون جميع لوحات التحكم مزودة بمصدر طاقة مناسب. يُهيئ مصدر الطاقة الطاقة الكهربائية إلى شكل صالح للاستخدام من قِبل النظام. ويضمن أداءً مثاليًا للنظام من خلال التحكم في جهد الخرج والمدخلات الأخرى.

وحدات إمداد الطاقة المختلفة

• مصدر طاقة تيار متردد/مستمر: عادةً ما تحتاج أنظمة التحكم إلى تيار مستمر. باستخدام هذا المصدر، يُحوّل التيار المتردد إلى تيار مستمر.
• مزود الطاقة في وضع التبديل (SMPS): صغير الحجم وذو كفاءة عالية، ويستخدم لتحويل الطاقة والتحكم في الجهد.
• مصدر الطاقة الخطي: أقل كفاءة وأبسط، ويفضل هذا النوع من مصادر الطاقة في الحالات ذات متطلبات الطاقة المنخفضة.

الصلةيساعد التدفق المستمر للطاقة الكهربائية على تجنب التقلبات الخطيرة التي قد تُتلف الأجزاء الحساسة وتُؤدي إلى تعطلها تمامًا. قد تُسبب اضطرابات التيار الكهربائي أضرارًا جسيمة، لذا يجب أن تكون وحدة إمداد الطاقة مستقرة وموثوقة.

4. PLC والدماغ

تتكون لوحة التحكم من عدة مكونات تعمل معًا لتحقيق هدف جماعي، ولكن إذا أردنا مقارنة وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة إذا كان جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (أو وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة) جزءًا من جسم الإنسان، فسيتولى الدماغ هذا الدور. آلية عمله متطورة للغاية. فهو يقرر كيفية تنفيذ المهام بناءً على البيانات المُقدمة إليه، ويمكنه إما أتمتة العمليات باستخدام أجهزة الاستشعار والمفاتيح، أو إكمال المهام يدويًا.

الميزات الرئيسية؛

• وحدات الإدخال/الإخراجتحتوي كل لوحة تحكم على مستشعرات ومشغلات ومفاتيح ومكونات أخرى في النظام، والتي يجب توصيلها بوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) لتمكينها من أداء وظائفها. تعمل هذه المكونات من خلال هذه الوحدات.
• وحدة المعالجة: جميع العناصر المذكورة أعلاه والمرتبطة بوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) أقل أهميةً مقارنةً بجوهرها، وهو الشخص المسؤول الرئيسي. فهو جزءٌ أساسيٌّ منها، حيث تُحوَّل كلُّ البيانات إلى معلومات، ويُؤسِّس نظام التحكم الوظيفي.
• منافذ الاتصال: يتيح هذا الجانب أيضًا دمج أجهزة أخرى، مثل أنظمة الأتمتة، بسهولة ويسر. تتيح هذه المنافذ نقل البيانات بين وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) والأجهزة الأخرى.

التطبيق: في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، تُعد ميزة PLC أساسية لأتمتة عمليات مصانع التصنيع ومحطات معالجة المياه. يُحسّن استخدام PLC كفاءة التشغيل بتقليل احتياجات الصيانة. يتطلب تشغيل لوحة التحكم يدويًا بدون PLC، وهو أمر بعيد كل البعد عن الحل الأمثل.

5. المرحلات والملامسات: المفاتيح:

تتفاعل المرحلات والملامسات مع إشارات التحكم، وتُفعّل أو تُعطّل الدوائر الكهربائية. ولذلك، فهي أساسية لضمان توجيه الطاقة إلى أجزاء مختلفة من النظام في وقت محدد.

• المرحلات:تستخدم المرحلات للدوائر ذات الطاقة المنخفضة وتساعد الأجهزة أو الأنظمة الصغيرة مثل الأضواء والمحركات الصغيرة.
• المقاولين: على عكس المرحلات، يتم تصنيع الموصلات خصيصًا للدوائر ذات القدرة العالية ويمكنها تشغيل الأحمال الكهربائية الثقيلة مثل الآلات الصناعية أو أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء.

التطبيقات: يُمكن استخدام المُرحِّل لتشغيل الإضاءة في منزلك أو مكتبك، بينما تُشغَّل وحدة تدفئة كبيرة أو مُحرِّك بواسطة مُلامسات. من الضروري معرفة أي جهاز مُتصل به لضمان عمل النظام بشكل صحيح.

6. واجهة الإنسان والآلة (HMI): واجهة المستخدم

تتيح لك واجهة HMI التفاعل مع النظام من خلال لوحة تحكم. يمكنك بسهولة استخدام مفتاح يدوي أو توصيل مباشر للنظام، ولكن عدم وجود واجهة HMI سيكون مزعجًا.

أنواع واجهات آلة الإنسان:

• واجهات شاشات اللمس: شائعة الاستخدام، فهي تُسهّل التفاعل بين المُشغّلين.
• أزرار الضغط: بسيطة وقوية، تستخدم في الغالب للوظائف الأساسية للتشغيل والإيقاف.
• مؤشر الضوء: يتيح لك معرفة المشكلات الموجودة داخل النظام في الوقت الفعلي وما إذا كان النظام يعمل أم لا.

7. الكتل الطرفية: الموصلات

كما هو الحال في أي نظام تحكم مروري، تُدير وحدة التحكم الطرفية النظام الكهربائي وتُشرف على التوصيلات لضمان الوضوح والسلامة. كما تضمن توصيلات مناسبة لوحدة التحكم الطرفية مع انخفاض احتمالية حدوث أخطاء أو أعطال كهربائية، مما يجعلها آمنة ومنظمة.

أنواع الكتل الطرفية

• كتل المحطات الحاجزة: تعمل على منع تداخل الدوائر المتميزة عن طريق فصلها.
• كتل طرفية للتغذية: ميزتها المميزة هي حلقة السلك المفتوحة التي تسمح بمرور الأسلاك بحرية على كلا الجانبين.
• كتل المحطات الأرضية: تم تصميم هذه الكتل للسماح بالاتصال الآمن للسلك الأرضي بالنظام للحماية من الارتفاعات المفاجئة في التيار والأعطال.

أهمية: إن وضع علامات واضحة وتوصيلات آمنة أمر ضروري لأن التوصيلات الكهربائية غير السليمة قد تتسبب في حدوث ماس كهربائي في النظام أو عطل أو حريق، وبالتالي فإن إدارة وتأمين التوصيل الذي يتم إجراؤه له أهمية قصوى.

8. الكابلات والأسلاك الكهربائية: الجهاز العصبي

للأسلاك والكابلات في لوحة التحكم دوران: أحدهما للإشارة والآخر لإمداد الجهاز بالطاقة. تعمل هذه الأسلاك والكابلات كجهاز عصبي للجسم، إذ توفر المعلومات التي يحتاجها، وتضمن عمل كل شيء على أكمل وجه.

أنواع الكابلات:

• كابلات الطاقة: تعمل هذه الكابلات على توفير الطاقة لمكونات نظام التحكم.
• كابلات التحكم: يقوم كابل التحكم بجلب الإشارة من PLC ويقوم بإرسال الإشارة من المستشعر أو المفتاح إلى PLC.
• كابلات الاتصالات: تربط هذه الكابلات بين مكونات النظام المختلفة لتمكين استقبال الإشارة وإرسالها.

أهميةقد يصبح النظام غير آمن في حال تلف الكابلات. لذا، من الضروري اتخاذ تدابير وقائية، مثل التوجيه السليم أو تلف الكابلات العازلة. عند تركيب الكابلات بشكل غير صحيح، قد يحدث قصر في دائرة الطاقة والبيانات، بالإضافة إلى لوحة التحكم.

خاتمة

كما هو الحال في أي نظام كهربائي، يُعد فهم مكونات لوحة التحكم الكهربائية أمرًا بالغ الأهمية. لكل جزء دور مهم في سلامة اللوحة وتشغيلها بشكل صحيح. ولضمان أداء نظامك بشكل سليم وموثوق، يجب أن تكون دقيقًا في اختيار مكونات النظام المناسبة وصيانتها.

الأسئلة الشائعة

ما هي الأجزاء الأساسية للوحة التحكم الكهربائية؟

تحتوي لوحة التحكم الكهربائية على قواطع، ومرحلات، ومصدر طاقة، وملامسات، وواجهة مستخدم بشرية (HMI)، وكابلات. تُمكّن هذه العناصر من إدارة توزيع الطاقة الكهربائية بشكل آمن وتلقائي.

ما هي المكونات التي يجب أن أختارها للوحة التحكم الكهربائية وما هي العوامل التي يجب أن آخذها في الاعتبار؟

بالإضافة إلى ذلك، يجب مراعاة البيئة والنظام ككل، بالإضافة إلى تصنيف الجهد والتيار للأجزاء. تذكّر أن موثوقية النظام تعتمد أيضًا على التوافق بين مكوناته.