تحتل عملية الصباغة مكانة مهمة في إنتاج المنسوجات، حيث تحدد جودة الصباغة بشكل مباشر لون وشكل المنسوجات، بل وتؤثر أيضًا على تكاليف إنتاجها. ومن بين العوامل التي تؤثر على عملية الصباغة، نجد بالأساس تركيز محلول الصبغة ودرجة الحرارة ومستوى السائل، ومن بينها يعد التحكم في درجة الحرارة عملية تحكم معقدة وحيوية للغاية. إن عملية الصباغة تتضمن فعليًا تنفيذ منحنى حراري يحدده موظفو العمليات حسب نوع النسيج؛ حيث تفرض كل عملية متطلبات صارمة فيما يتعلق بدرجة الحرارة وعمليات الارتفاع والانخفاض في درجة الحرارة. وإلا فقد يؤدي ذلك بسهولة إلى ظهور عيوب مثل اختلاف اللون داخل الأسطوانة أو خطوط واضحة، مما يرفع معدل إعادة الصباغة ويزيد من تكاليف الإنتاج. ونظرًا للتعقيد الذي ينطوي عليه التحكم في درجة الحرارة خلال عملية الصباغة، تم تصميم نظام تحكم في درجة حرارة آلة الصباغة يعتمد على جهاز PLC، وذلك لتحقيق السيطرة الفعّالة على درجة حرارة عملية الصباغة، وبالتالي الحد من عيوب النسيج وتحسين كفاءة الإنتاج وتقليل التكاليف.

　　متطلبات التحكم بالنظام

　　1. تتطلب خرائط درجة الحرارة للاختلافات في أصناف الصباغة متطلبات مختلفة من حيث درجة الحرارة، وبالتالي فإن منحنيات عملية درجة الحرارة المقابلة تختلف أيضًا. يقوم هذا النظام، من خلال تصميم وصفات التكوين على شاشة اللمس، بتخزين بيانات مراحل متعددة من عمليات الصباغة وفي كل مرحلة من هذه المراحل داخل شاشة اللمس، مما يتيح للموظفين التعامل مع العملية بسهولة أكبر. كما يمكن للموظفين تعديل معلمات العملية وحفظها في أي وقت، وتبقى هذه البيانات محفوظة بشكل دائم على شاشة اللمس. يقوم الموظفون بإدخال جميع منحنيات عملية درجة الحرارة المختلفة التي تم تحديدها، ويقوم جهاز التحكم بمراقبة درجة الحرارة بناءً على منحنيات العملية المستلمة. كما يتمتع كلاً من جهاز التحكم وشاشة اللمس بوظيفة حفظ البيانات الحالية لمدة طويلة حتى في حالة انقطاع التيار الكهربائي.

　　2. متطلبات التحكم في درجة الحرارة. خلال عملية الصباغة، تظهر منحنى العملية النموذجي كما هو موضح أدناه:

　　الشكل 1 المنحنى العملي النموذجي

　　يُظهر الشكل 1 أن عملية الصباغة يمكن تقسيمها إلى عدة أقسام منحنية، حيث تتوافق كل قسم منحني مع درجة حرارة مختلفة. ويتمثل التحكم في درجة الحرارة خلال عملية الصباغة بشكل رئيسي في تسخين سائل الصبغ داخل الكؤوس الموجودة على القالب، والحفاظ على درجة الحرارة المطلوبة، ثم خفض درجة الحرارة تدريجيًا. وبالإضافة إلى ذلك، وفقًا للمتطلبات الفعلية للإنتاج، يتم ضبط مرحلة التسخين حسب ميل معين؛ ويمكن لجهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) ضبط معدل التسخين بين 0 و9 درجات مئوية. وتُحسب هذه السرعة بناءً على القدرة الحالية لجهاز التسخين في الموقع. وفي أثناء الاختبارات الحالية في الموقع، تم ضبط الميل على 4 درجات مئوية، وكان جهاز التسخين يعمل بالفعل بكامل طاقته. ومن خلال توفير هذا الخيار الإنساني لضبط ميل التسخين في جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة، تمكنا من تنفيذ مرحلة التسخين بفعالية كبيرة. تنقسم عملية التحكم في درجة الحرارة إلى خمس برامج فرعية: التسخين المباشر، والتسخين حسب الميل، والاحتفاظ بدرجة الحرارة، والتخفيض المباشر لدرجة الحرارة، ثم التبريد حسب الميل. وتعكس هذه العمليات الخمسة خمسة برامج منفصلة في جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة، والتي يتم تنفيذها بشكل متكرر بناءً على اختيار رقم الخطوة الأعلى. كما هو موضح في الشكلين 2 و3:

　　الشكل 2: واجهة تركيبة الصبغة

　　الشكل 3: الواجهة الرئيسية

　　3. عرض الإنذار ووظيفة تركيبات الصباغة. الشكلان 2 و3 أعلاه يمثلان الواجهتين الرئيسيتين أثناء العملية. ولتمكين المستخدم من رؤية مختلف حالات التشغيل بشكل أفضل، تم إدراج مخططات بيانية في الشاشة الرئيسية تتيح عرضًا أكثر مباشرة لتأثير درجة الحرارة خلال العملية. أما واجهة عملية تركيبة الصباغة فتتيح للمستخدم ضبط كل مجموعة من العمليات واختيار تشغيلها بسهولة أكبر. تحتوي هذه المنظومة على 9 خطوات لكل عملية، ويمكن تحديد رقم الخطوة التي سيبدأ منها التشغيل، ثم يستمر النظام في العمل ابتداءً من تلك الخطوة. وعند انتهاء عملية واحدة، ستظهر رسالة في الواجهة الرئيسية تفيد بأن عملية الصباغة الحالية قد انتهت، ويُطلب من المستخدم التأكيد قبل الانتقال إلى العملية التالية، كما هو موضح في الشكل أدناه.

　　الشكل 4: تأكيد انتهاء مجموعة العمليات

　　الواجهة اليمنى في الشكل 4 تركز بشكل رئيسي على التحكم في سرعة المحرك وتحكم الاتجاه الموجب والسالب لسرعة المحرك من خلال محول التردد. وباستثناء التحكم في السرعة الذي يتم ضبطه يدويًا، فإن التحكم في الاتجاه الموجب والسالب، بالإضافة إلى وقت الدوران الموجب، والوقت الدوراني السالب، ووقت التوقف، يتم تنفيذها جميعًا بواسطة برمجة PLC. وفي حالة حدوث أعطال مختلفة، تومض مصابيح شاشة اللمس ويظهر إنذار بالعطل، مع ظهور شاشة الإنذار التي تعرض سبب العطل.

　　التكوين المادي للنظام

　　يستخدم هذا النظام جهاز التحكم الميداني الصغير NA200 PLC، الذي طرحته شركة Nanda Aotuo. وتُعد وحدات التحكم القابلة للبرمجة من سلسلة NA أحدث جيل من أجهزة التحكم التي طورتها شركة Nanda Aotuo للتكنولوجيا بمستوى متقدم عالميًا. فهي تعتمد على مجموعة من أحدث الإنجازات في مجال التحكم الصناعي، وتستعين بمنصة برامج وأجهزة جديدة تمامًا، تتميز بقدرة معالجة فائقة السرعة، وقدرة قوية على مقاومة التداخل، ووظائف مرنة قابلة للتوسيع. وبفضل قدرتها الفائقة على التعامل بسهولة ويسر مع أي بيئات ومعايير معالجة معقدة، فقد أثبتت هذه الوحدات كفاءتها العالية. كما أن خبرة الشركة التي تمتد لأكثر من عشرين عامًا في تطوير منتجات الأتمتة، إلى جانب الاختبارات الميدانية الناجحة لمئات المشاريع، قد أسهمت في صقل الجودة الموثوقة لوحدات تحكم Nanda Aotuo PLC. وقد اجتازت منتجاتها بالفعل شهادات CE وشهادة CCS، بالإضافة إلى اختبارات وإجراءات دقيقة أجراها مركز اختبارات جودة معدات أتمتة أنظمة الطاقة في قطاع الكهرباء، حيث حققت جميع مؤشرات الأداء أو تجاوزت المتطلبات القياسية ذات الصلة، مما يجعلها رائدة بين المنتجات المماثلة. يتم استخدام وحدة المعالجة المركزية CPU2002 كوحدة رئيسية، ويتم الاتصال بشاشة اللمس عبر منفذ RS232 باستخدام بروتوكول Modbus-RTU. كما تم توسيع جهاز التحكم الميداني ليشمل وحدة ذكية لجمع بيانات درجة الحرارة، وهي وحدة إدخال RTD بقناوتين. تحتوي هذه الوحدة على نقطتي إدخال تناظريتين، مما يلغي الحاجة إلى محولات خارجية، ويمكن لهذه الوحدة الواحدة القيام بوظيفتي جمع البيانات ومعالجتها. أما بالنسبة لرصد إشارات درجة الحرارة في النظام، فيتم استخدام مقاومة البلاتين PT100، التي تتميز بدقة قياس عالية وأداء مستقر وموثوق، وتُستخدم على نطاق واسع في الصناعة لقياس درجات الحرارة في نطاق يتراوح بين -200℃ و+500℃.

　　بالإضافة إلى ذلك، إذا لزم الأمر، يمكن استخدام واجهة RS485 وبروتوكول MODBUS-RTU لربط PLC بجهاز مراقبة المصنع، مما يتيح التشغيل والمراقبة عن بُعد.

　　يحتوي جزء نظام التحكم على وحدة معالجة مركزية CPU2002 (من شركة ناندا أوتاو)، ووحدة إدخال RTD بقناوتين (من شركة ناندا أوتاو)، وشاشة لمس مقاس 7 بوصات (من شركة ناندا أوتاو).

　　تصميم برمجيات النظام

　　يُظهر الشكل 1 أن عملية الصباغة يمكن تقسيمها إلى عدة مقاطع منحنية، حيث تتوافق كل مقطع منحنى مع درجة حرارة هدف مختلفة، ووقت الارتفاع أو الانخفاض في الحرارة، وكذلك وقت الحفاظ على الحرارة. ويتمثل التحكم في درجة حرارة عملية الصباغة بشكل رئيسي في عمليات تسخين حوض الصبغ، والحفاظ على درجة الحرارة، وتبريد الحوض، مع مراعاة المتطلبات الفعلية للإنتاج. ومن ثمّ، يتم تقسيم عملية التسخين إلى نوعين: التسخين المباشر إلى درجة الحرارة المحددة، والتسخين الدقيق وفقًا لمعدل الميل إلى درجة الحرارة المحددة؛ وبالمثل، ينقسم التبريد إلى نوعين: التبريد المباشر إلى درجة الحرارة المحددة، والتبريد الدقيق وفقًا لمعدل الميل إلى درجة الحرارة المحددة. ولذلك، ينقسم التحكم في درجة الحرارة إلى خمس برامج فرعية: التسخين المباشر، والتسخين وفقًا لمعدل الميل، والحفاظ على الحرارة، والتبريد المباشر، والتبريد وفقًا لمعدل الميل. ويتم تحديد ما إذا كان التسخين سيكون مباشرًا أم وفقًا لمعدل الميل، وما إذا كان التبريد سيكون مباشرًا أم وفقًا لمعدل الميل، بناءً على الاحتياجات الفعلية عبر جهاز التحكم المركزي، ثم تستدعي البرنامج الرئيسي لجهاز التحكم القابل للبرمجة (PLC) البرنامج الفرعي المناسب. ونظرًا لأن حجم خزان الصبغ كبير نسبيًا بينما تكون أنابيب التسخين أصغر حجمًا، فإن ذلك يؤدي إلى عجز حراري كبير. وعمومًا، يمكن اعتبار هذا النظام كجسم يتم التحكم فيه بجهد تأخير صرف كبير. لذلك، يتم استخدام طريقة التعويض بناءً على تحديد الاتجاه خلال فترات الارتفاع أو الانخفاض في الحرارة. فإذا كان التسخين مستمرًا، يتم إيقافه عند الوصول إلى درجة الحرارة المستهدفة T ناقص △Ti، حيث △Ti تمثل درجة الحرارة التعويضية. وفي البرنامج الرئيسي لجهاز PLC، يتم إجراء التمييز بناءً على البيانات الواردة من شاشة اللمس، ثم تنفيذ البرنامج المناسب. وتشمل البيانات المرسلة إلى الجهاز المستهدف درجة الحرارة المطلوبة، ومعدل الميل، ووقت الحفاظ على الحرارة، وغيرها من القيم. وبالتالي، يستطيع جهاز PLC تحديد ما إذا كانت العملية ستكون تسخينًا أم حفاظًا على الحرارة أم تبريدًا، وذلك بالاعتماد على هذه القيم. ومع ذلك، لا يمكن الحصول على تشخيص دقيق لعملية التسخين أو التبريد أو الحفاظ على الحرارة فقط من خلال الاعتماد على درجة الحرارة المستهدفة ومعدل الميل ووقت الحفاظ على الحرارة، لذا يتم استخدام درجة الحرارة المستهدفة من المقطع المنحني السابق للمساعدة في إجراء التشخيص الدقيق.

　　فيما يلي، نوضح عملية التحكم في درجة الحرارة باستخدام PLC كمثال على الارتفاع التدريجي للدرجة. أثناء الارتفاع التدريجي، يتم تقسيم منحنى مرحلة الارتفاع إلى فترات صغيرة متساوية زمنيًا، وبالتالي يمكن تمثيل جزء الارتفاع في منحنى العملية بواسطة خطوات متدرجة. وطالما أن مدة كل فترة صغيرة بما يكفي، فإن الانحراف بين قيمة درجة الحرارة المحددة لكل فترة والقيمة المثالية يمكن تجاهله.

　　بسبب التأخر الكبير في درجة الحرارة، عندما تقترب درجة الحرارة الفعلية T من درجة الحرارة المحددة، يمكن في هذه اللحظة إجراء إعداد لرفع درجة الحرارة بالحرارة المتبقية، مما يضمن عدم حدوث ارتفاع مفرط في درجة الحرارة أثناء الانتقال إلى مرحلة الحفاظ على الحرارة.

　　بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن قياس درجة حرارة PT100 يتم فقط في نقطة واحدة من حوض الصبغة، فإن ذلك يؤدي إلى أن قياس درجة الحرارة لا يعكس بالضرورة تمامًا درجة حرارة سائل الصبغة داخل الكوب النهائي. ولذلك تم تحديد تعويض درجة الحرارة △Ti، مما يساعد على تلبية متطلبات العملية بشكل أفضل. يظهر منحنى الارتفاع في درجة الحرارة كما هو موضح في الرسم البياني التالي:

　　الشكل 5: يُظهر الرسم البياني ميلين مختلفين لسرعة التسخين (ميل 3℃/دقيقة و2℃/دقيقة)، كما يمكن رؤية المنحنى الخاص بمرحلة التثبيت الحراري في الرسم أيضًا.

　　لضمان أمان النظام بشكل أفضل، أضاف النظام إعدادات أذونات وحدد عدة أنواع من الأذونات: المشرف الفائق (الذي يتمتع بجميع الأذونات)، وموظفو العمليات، وغيرها، ويمكن تخصيص كل هذه وفقًا لمتطلباتك بحرية.

　　الشكل 6: واجهة تسجيل دخول المستخدم

　　أما محتوى تصميم وصفة الصباغة، فقد بسّط بشكل كبير مشكلة التحكم في واجهة الكمبيوتر البسيطة والخشنة لجهاز الصباغة، مما يجعل التشغيل أكثر صعوبة. كما هو موضح في الرسم التوضيحي أدناه، يمكنك تخصيص وصفة العملية الخاصة بك بحرية مباشرة على شاشة اللمس.

　　الشكل 7: تحرير تركيبة عملية الصباغة

　　لا يتيح هذا النظام تحقيق التحكم في درجة الحرارة فحسب، بل يمكنه أيضًا توسيع نطاق التحكم في عمليات صباغة أخرى حسب الحاجة، مثل التحكم في معلمات مثل مستوى المياه والسوائل، مما يوفر مستقبلًا واعدًا. يستخدم هذا النظام جهاز PLC كجهاز تحكم في موقع الإنتاج لإنجاز التحكم في درجة الحرارة، ما يسمح بالتحكم الفوري والدقيق في جودة منتجات الصباغة، مما يقضي على المخاطر المحتملة في الجودة مباشرةً في الموقع، ويضمن اتساق عملية الصباغة ودقتها من المرة الأولى. أما مقارنةً بحواسيب التحكم التقليدية في آلات الصباغة، فإن الميزة الرئيسية لاستخدام جهاز PLC تتمثل في:

　　يُجعل التحكم بـ PLC النظام أكثر استقرارًا وموثوقية؛

　　تستخدم شاشة لمس للتشغيل، مما يجعل التشغيل مريحًا جدًا، والتأثير أكثر وضوحًا، ويجعل نظامك بالكامل أكثر مرونة؛

　　تعزز تركيبة عملية الصباغة بشكل كبير من قابلية التشغيل والوضوح، مما يوفر وقتك الثمين وجهودك البشرية والمادية.

　　تتمثل ميزة التحكم بجهاز PLC أيضًا في مرونته الأكبر، مما يتيح لك عند الحاجة إلى تحسين أو إضافة عمليات جديدة للنظام، فقط صيانة البرنامج، مما يوفر عليك الإنفاق المالي الكبير على شراء جهاز كمبيوتر جديد للتحكم في آلة الصباغة! كما يمكن تخصيص واجهة الشاشة اللمسية بحرية وفقًا لمتطلباتك.