منطق السلم

كانت منطق السلم في الأصل طريقة مكتوبة لتوثيق تصميم وبناء رفوف المرحلات المستخدمة في التصنيع والتحكم في العمليات . ^{[ 1 ]} يُمثَّل كل جهاز في رف المرحلات برمز على مخطط السلم، مع توضيح الوصلات بين هذه الأجهزة. بالإضافة إلى ذلك، تُوضَّح على مخطط السلم العناصر الخارجية الأخرى لرف المرحلات، مثل المضخات والسخانات وما إلى ذلك.

تطورت لغة منطق السلم لتصبح لغة برمجة تمثل البرنامج بمخطط بياني يعتمد على مخططات دوائر أجهزة منطق المرحلات . تُستخدم لغة منطق السلم لتطوير برامج وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) المستخدمة في تطبيقات التحكم الصناعية. ويستند الاسم إلى ملاحظة أن البرامج المكتوبة بهذه اللغة تُشبه السلالم، حيث تتكون من خطين رأسيين وسلسلة من الدرجات الأفقية بينهما. كانت مخططات السلم في السابق الطريقة الوحيدة لتسجيل برامج وحدات التحكم القابلة للبرمجة، ولكن اليوم، توجد أشكال أخرى موحدة في معيار IEC 61131-3 . على سبيل المثال، بدلاً من الشكل البياني لمنطق السلم، توجد لغة تُسمى النص المُهيكل ، وهي مشابهة للغة C، ضمن معيار IEC 61131-3 .

تُستخدم لغة السلم المنطقية على نطاق واسع لبرمجة وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) ، حيثما يلزم التحكم التسلسلي في عملية أو عملية تصنيع. تُعدّ لغة السلم المنطقية مفيدة لأنظمة التحكم البسيطة ولكنها بالغة الأهمية، أو لإعادة تصميم دوائر المرحلات السلكية القديمة . ومع تطور وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، أصبحت تُستخدم أيضًا في أنظمة الأتمتة بالغة التعقيد. غالبًا ما يُستخدم برنامج لغة السلم المنطقية بالتزامن مع برنامج واجهة التفاعل بين الإنسان والآلة (HMI) الذي يعمل على محطة عمل حاسوبية.

كان الدافع وراء تمثيل منطق التحكم التسلسلي في مخطط السلم هو تمكين مهندسي وفنيي المصانع من تطوير البرمجيات دون الحاجة إلى تدريب إضافي على لغة برمجة مثل فورتران أو أي لغة حاسوبية عامة أخرى. وقد تم تبسيط التطوير والصيانة نظرًا لتشابهها مع أنظمة أجهزة الترحيل المألوفة. ^{[ 2 ]} قد تتضمن تطبيقات منطق السلم خصائص، مثل التنفيذ التسلسلي ودعم ميزات تدفق التحكم، مما يجعل التشبيه بالأجهزة غير دقيق إلى حد ما.

يمكن اعتبار منطق السلم لغةً قائمة على القواعد، لا لغةً إجرائية . يُمثل كل "درجة" في السلم قاعدةً. عند تطبيقه باستخدام المرحلات وغيرها من الأجهزة الكهروميكانيكية، تُنفذ القواعد المختلفة في آنٍ واحد وفورًا. أما عند تطبيقه في وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة، فتُنفذ القواعد عادةً بالتسلسل بواسطة البرمجيات في حلقة مستمرة، أو "مسح". ومن خلال تنفيذ الحلقة بسرعة كافية، عادةً عدة مرات في الثانية، يتحقق تأثير التنفيذ المتزامن والفوري. يتطلب الاستخدام الأمثل لوحدات التحكم القابلة للبرمجة فهمًا لقيود ترتيب تنفيذ درجات السلم.

يمكن النظر إلى اللغة نفسها على أنها مجموعة من الروابط بين المدققات المنطقية (الموصلات) والمشغلات (الملفات). عندما يوجد مسار من الجانب الأيسر للحلقة إلى المخرج عبر موصلات مُفعّلة (صحيحة أو "مغلقة")، تُعتبر الحلقة صحيحة، ويتم ضبط بت تخزين ملف المخرج على 1 (صحيح). إذا لم يكن هناك مثل هذا المسار، يكون المخرج خاطئًا (0)، ويُعتبر "الملف"، قياسًا على المرحلات الكهروميكانيكية، "غير مُفعّل". وقد وضع كلود شانون هذا التشبيه بين القضايا المنطقية وحالة موصل المرحل .

تعتمد دوائر المنطق السلمي على نقاط تلامس لفتح أو قطع الدوائر الكهربائية للتحكم في الملفات. كل ملف أو نقطة تلامس تُقابل حالة بت واحد في ذاكرة وحدة التحكم القابلة للبرمجة. على عكس المرحلات الكهروميكانيكية، يمكن لبرنامج المنطق السلمي الرجوع إلى حالة بت واحد عددًا غير محدود من المرات، وهو ما يُعادل مرحلًا بعدد لا نهائي من نقاط التلامس.

قد تشير ما يسمى بـ "الوصلات" إلى المدخلات المادية ("الصلبة") لوحدة التحكم القابلة للبرمجة من الأجهزة المادية مثل أزرار الضغط ومفاتيح الحد عبر وحدة إدخال مدمجة أو خارجية، أو قد تمثل حالة بتات التخزين الداخلية التي يمكن إنشاؤها في مكان آخر في البرنامج.

تحتوي كل درجة من درجات لغة السلم عادةً على ملف واحد في أقصى اليمين. وقد يسمح بعض المصنّعين بوجود أكثر من ملف إخراج واحد على الدرجة الواحدة.

إدخال رقمي

جهات الاتصال (المدققون)

• —[ ]—نقطة تلامس مفتوحة عادةً، وتُغلق عند تنشيط الملف المقابل لها أو عند تنشيط المدخل الذي يتحكم بها. (نقطة تلامس مفتوحة في حالة السكون).
• —[\]—نقطة تلامس مغلقة عادةً ("غير مغلقة")، وتكون مغلقة عندما لا يتم تنشيط الملف المقابل لها أو المدخل الذي يتحكم بها. (نقطة تلامس مغلقة في حالة السكون).

مخرج الدرجة

المحركات (الملفات)

• —( )—ملف غير نشط عادةً، يتم تنشيطه عند إغلاق أحد أطرافه. (غير نشط في حالة السكون).
• —(\)—ملف نشط عادةً ("غير نشط")، يتم تنشيطه عندما تكون حلقته مفتوحة. (نشط في حالة السكون).

قد يمثل "الملف" (مخرج السطر) مخرجًا ماديًا يقوم بتشغيل جهاز متصل بوحدة التحكم القابلة للبرمجة، أو قد يمثل بت تخزين داخلي لاستخدامه في مكان آخر في البرنامج.

يمكن تذكر هذه المعلومات بتخيل المربعات (الموصلات) كزر ضغط، والمشغلات (الملفات) كمخرج مصباح. يشير وجود خط مائل داخل المربعات أو المشغلات إلى الحالة الافتراضية للجهاز في وضع السكون.

-----[ ]-------------[ ]------------------( ) مفتاح التشغيل 1 مفتاح التشغيل 2 محرك الباب 

------[ ]--------------[\]----------------( ) إغلاق الباب، عائق، محرك الباب 

--+-------[ ]------------+-----------------( ) | فتح خارجي | فتح | | +-------[ ]------------+ فتح داخلي 

--+----[ ]--+----[\]----( ) | بدء | إيقاف التشغيل | | +----[ ]--+ يجري 

-------[ ]--------------( ) محرك التشغيل 

--[\]----[\]----+--[ ]--+---------( ) إيقاف | بدء | تشغيل ES | | +--[ ]--+ يجري

-------[ ]--------------( ) محرك التشغيل 

--[ ]----[ ]----+--[ ]--+---------( ) إيقاف | بدء | تشغيل ES | | +--[ ]--+ يجري

-------[ ]--------------( ) محرك التشغيل 

 +-------+ -----[ ]--------------------+ A +---- فتح القفل عن بعد +-------+ عداد عن بعد 

 +-------+ -----[ ]--------------------+ B +---- فتح داخلي +-------+ طاولة داخلية 

 +--------+ --------------------+ أ + ب +----------- |الج ج | +--------+ أفعى 

يُعدّ ترميز السلم الأنسب لمشاكل التحكم التي تتطلب متغيرات ثنائية فقط ، حيث يكون التداخل والتسلسل الثنائي هما المشكلة الأساسية للتحكم. وكما هو الحال في جميع لغات البرمجة المتوازية ، قد يكون الترتيب التسلسلي للعمليات غير مُحدد أو غامضًا؛ وقد تحدث حالات تضارب منطقية تُؤدي إلى نتائج غير متوقعة. ولتجنب هذه المشكلة، يُفضّل تقسيم الخطوات المعقدة إلى عدة خطوات أبسط. يتجنب بعض المصنّعين هذه المشكلة بتحديد ترتيب تنفيذ كل خطوة بشكل صريح وكامل، ومع ذلك، قد يواجه المبرمجون صعوبة في فهم الدلالات المعقدة الناتجة بشكل كامل.

يصعب التعبير عن الكميات التناظرية والعمليات الحسابية باستخدام منطق السلم، ولكل مصنّع طرق مختلفة لتوسيع نطاق الترميز لهذه المسائل. عادةً ما يكون الدعم للمصفوفات والحلقات محدودًا، مما يؤدي غالبًا إلى تكرار التعليمات البرمجية للتعبير عن حالات تتطلب في لغات أخرى استخدام متغيرات مفهرسة.

مع ازدياد قوة المعالجات الدقيقة ، باتت رموز مثل مخططات الوظائف التسلسلية ومخططات كتل الوظائف قادرة على استبدال منطق السلم في بعض التطبيقات المحدودة. وقد تُبرمج بعض وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) الحديثة كليًا أو جزئيًا بلغة برمجة تُشبه لغة BASIC أو C أو غيرها من لغات البرمجة ذات الروابط المناسبة لبيئة تطبيقات الوقت الحقيقي.

في عام 2019، صنّفت مجلة IEEE Spectrum منطق السلم في المرتبة الخمسين من أصل 52 لغة برمجة شائعة. ^{[ 4 ]}

• الدوائر (علوم الحاسوب)
• IEC 61131
• الحوسبة المتوازية
• نص منظم

• ووكر، مارك جون (2012-09-08). وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة: تاريخها، نشأتها، وتطبيقاتها (ملف PDF) (أطروحة دكتوراه). قسم الاتصالات والأنظمة، كلية الرياضيات والحوسبة والتكنولوجيا: الجامعة المفتوحة . مؤرشفة (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 2018-06-20 . تاريخ الاسترجاع: 2018-06-20 .

• "الفصل السادس: منطق السلم" بقلم توني ر. كوبالدت