اگر در زمینه اتوماسیون صنعتی فعال هستید یا می‌خواهید در آینده در این زمینه صاحب شغل شوید، لازم است با برند زیمنس آشنایی داشته باشید. این برند بزرگترین تولید‌کننده تجهیزات اتوماسیون صنعتی در جهان است. یکی از تولیدات اصلی کمپانی زیمنس، PLC است. PLCهای زیمنس در چند سری اصلی تولید می‌شوند که هر سری در مدلهای مختلفی به بازار ارائه می‌شود. در این مقاله، سری‌های مختلف PLCهای زیمنس را معرفی و ویژگی‌های هر یک را بررسی می‌کنیم. با ماهر همراه باشید.
برای یادگیری کار با سخت‌افزار و برنامه‌نویسی سری‌های مختلف PLC زیمنس می‌توانید در دوره اتوماسیون زیمنس ماهر ثبت نام کنید.
تاریخچه PLCهای زیمنس
شرکت زیمنس یک شرکت آلمانی تولید‌کننده انواع تجهیزات اتوماسیون مانند موتورهای الکتریکی، تجهیزات ابزار‌دقیق، درایوهای الکتریکی و PLC است. زیمنس تولید PLC را از دهه ۵۰ میلادی به عنوان جایگزینی برای مدارهای کنترلی رله‌کنتاکتوری آغاز کرد و امروزه به معتبرترین تولید‌کننده این تجهیز در جهان تبدیل شده است. PLCهای شرکت زیمنس کیفیت بالایی دارند و در پروسه‌های صنعتی حساس و پیچیده به صورت گسترده به کار می‌روند.
اولین نسل PLCهای زیمنس در سال ۱۹۵۸ ارائه شد که کارایی بسیار بهتری نسبت به سیستم‌های رایج آن زمان داشت و فضای بسیار کمتری را هم اشغال می‌کرد. در سال ۱۹۶۴ سری SIMATIC N به بازار معرفی شد که کیفیت ساخت بالاتری داشت و در نیروگاه‌ها و ساب‌استیشن‌ها از آن استفاده می‌شد. در سال ۱۹۷۳ همزمان با پیشرفت تکنولوژی ریزپردازنده‌ها نسل SIMATIC S3 به بازار آمد. این نسل نسبت به نسل‌های قبل قابلیت‌های نرم‌افزاری و محاسباتی قابل توجهی داشت و در بسیاری از صنایع قابل استفاده بود. پس از آن زیمنس شروع به بهبود قابلیت‌های PLC با طراحی ماژولار کرد و نسل جدید محصولات خود را تحت عنوان S5 در سال ۱۹۸۴ به بازار عرضه کرد. نسل SIMATIC S5 زیمنس در سال ۱۹۷۹ معرفی شد. این نسل از سرعت سوئیچینگ بیشتر و قابلیت پردازش بالاتری سود می‌برد و توانایی کنترل پروسه‌های به‌مراتب پیچیده‌تری را داشت. نسل پیشرفته‌تر PLCهای زیمنس در سال ۱۹۹۴ تحت عنوان SIMATIC S7 ارائه شد. این نسل PLCهای زیمنس قدرت پردازش بیشتری دارد و از زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف مانند Ladder ،FBD و STL پشتیبانی می‌کند. ویژگی بارز سری S7 قابلیت‌های ارتباطی آن بود. این نسل محصولات زیمنس اولین PLC بود که از استانداردهای پروفیباس و اترنت پشتیبانی می‌کرد.
بیشتر بخوانید!
برای اطلاع بیشتر در مورد برنامه نویسی صنعتی و کاربرد آن مقاله برنامه نویسی صنعتی چیست؟ را مطالعه کنید.
اجزای سخت‌افزاری PLC زیمنس
یک تجهیز PLC باید امکانات سخت‌افزاری لازم برای دریافت، پردازش، ارسال و اشتراک‌گذاری اطلاعات را داشته باشد و بتواند تغذیه الکتریکی لازم برای همه این بخش‌ها را به درستی تأمین کند. PLCهای شرکت زیمنس از پیشرفته‌ترین و باکیفیت‌ترین تکنولوژی‌های الکترونیکی در طراحی خود بهره می‌برند. سخت‌افزار PLC زیمنس از بخش‌های زیر تشکیل شده است.
پردازنده (CPU)
مغز اصلی PLC پردازنده آن است که برنامه کنترلی در حافظه آن ذخیره می‌شود و بر اساس آن برنامه و اطلاعات دریافتی از پروسه، خروجیهای کنترلی، تولید و ارسال می‌شوند.
انتخاب CPU باید با در نظر گرفتن نیازهای پروژه انجام شود. حافظه (Memory) بخش بسیار مهم CPU به شمار می‌رود. CPU از حافظه برای ذخیره برنامه کنترلی و انجام محاسبات استفاده می‌کند و اطلاعات دریافتی از ورودی‌های سنسوری و همچنین فرمان‌های خروجی، در حافظه CPU ذخیره می‌شوند.
در صورتی استفاده از CPUهای مجهز به ورودی/خروجی باید تعداد و نوع این ورودی/خروجی‌ها مطابق با ملزومات پروسه کنترل‌شونده، انتخاب شود. همچنین، CPU باید از پروتکل شبکه‌ای که برای ارتباط تجهیزات سیستم در نظر گرفته شده است، پشتیبانی کند. مثلاً در سطوح بالای اتوماسیون صنعتی، CPU باید قابلیت اتصال به پروفیباس DP یا پروفی‌نت را داشته باشد.
حداکثر تعداد بلاک‌های برنامه‌نویسی (مانند FC ،DB و OB) قابل استفاده در هر مدل CPU متفاوت است. بنابر‌این، بسته به حجم برنامه‌نویسی و گستردگی پروژه، باید CPU مناسب را برای آن انتخاب کرد.
مواردی که اشاره شد، چند نمونه از نکات اصلی انتخاب CPU است. علاوه بر آن‌ها جزئیات دیگری هم باید مد نظر قرار گیرند. برای اطمینان از انتخاب صحیح CPU لازم است با مراجعه به منوال‌های رسمی زیمنس همه نکات مهم در نظر گرفته شوند.
سیگنال ماژول (Signal Module)
سیگنال ماژول یا SM بخشی از سخت‌افزار PLC است که امکان دریافت و ارسال اطلاعات از PLC را فراهم می‌کند. این بخش شامل ورودی‌های آنالوگ و دیجیتال برای دریافت سیگنال‌های سنسوری از پروسه و خروجیهای آنالوگ و دیجیتال برای ارسال فرمان‌های کنترلی به عملگر‌ها و سیستم‌های مانیتورینگ است.
پردازشگر ارتباطی (Communication Processor)
پردازشگر ارتباطی یا CP بخشی از سخت‌افزار PLC است که امکان ارتباط PLC با تجهیزات دیگر در شبکه اتوماسیون مانند تجهیزات سطح فیلد، سیستم‌های مانیتورینگ و PLCهای دیگر را فراهم می‌کند. این ارتباط طبق پروتکل‌های استاندارد ارتباطی مانند پروفیباس، مدباس، اترنت و دیوایس‌نت انجام می‌شود.
کارت‌های CP زیمنس در انواع و قابلیت‌های مختلفی ساخته می‌شوند. انواع پیشرفته آن در سطوح بالای اتوماسیون به کار می‌روند و از استانداردهای پرسرعت مانند پروفیباس DP، اترنت و TCP/IP پشتیبانی می‌کنند؛ همچنین، این CPها دارای مکانیزم‌هایی برای تضمین امنیت اطلاعات هستند. بعضی از ماژول‌های CP قابلیت اتصال به Cloud را دارند.
ماژول واسط (Interface Module)
کارت‌های IM در PLC برای ایجاد ارتباط بین واحدهای توسعه PLC به کار می‌روند. در سیستم‌های اتوماسیون بزرگ به دلیل وجود ورودی/خروجیهای پرشمار و وجود محدودیت در استفاده از ماژول‌های I/O برای یک CPU، گاهی لازم است از رَک‌های جداگانه به‌منظور توسعه سیستم اتوماسیون استفاده شود.
مثلاً در سری S7-300 می‌توان تا حداکثر سه رک توسعه (Expansion Rack) به رکِ مرکزی اضافه کرد. به‌منظور عملکرد هماهنگ سیستم، باید همه رک‌ها با هم ارتباط داشته باشند. این ارتباط توسط کارت‌های IM انجام می‌شود.
همان‌طور که در شکل ۵ می‌بینید، کارت دوم در رک مرکزی به کارت اول در رک توسعه متصل شده است. این دو کارت، ماژول واسط (IM) هستند. ارتباط بین آن‌ها معمولاً از طریق شبکه پروفیباس یا پرفی‌نت انجام می‌شود.
منبع تغذیه (Power Supply)
برای تامین تغذیه الکتریکی بخش‌های مختلف PLC به یک ولتاژ ۲۴ ولت DC پایدار و بدون نوسان نیاز است. این ولتاژ توسط یک منبع تغذیه سوئیچینگ فراهم می‌شود که ولتاژ ورودی AC را به ۲۴ ولت DC برای تغذیه PLC زیمنس تبدیل می‌کند.
در PLCهای زیمنس، منبع تغذیه به شکل‌های مختلف در ساختار PLC قرار می‌گیرد. در PLCهای ماژولار زیمنس معمولاً منبع تغذیه به عنوان یک ماژول جداگانه و مستقل ماژول‌های دیگر را تغذیه می‌کند. در مدلهای کامپکت زیمنس، معمولاً منبع تغذیه با CPU، ورودی/خروجی‌ها و دیگر بخش‌های PLC به صورت یکپارچه طراحی می‌شوند و در این حالت امکان تعویض منبع تغذیه وجود ندارد. در نوع دیگری از طراحی، منبع تغذیه روی پایه نصب ماژول‌ها قرار می‌گیرد. به این پایه Backplane می‌گویند و برای نصب ماژول‌های مختلف در یک Rack از آن استفاده می‌شود. Backplane وظیفه تغذیه ماژول‌ها و تبادل اطلاعات بین آن‌ها را نیز بر عهده دارد.
در بعضی مدلهای PLC زیمنس می‌توان از منابع تغذیه برندهای دیگر نیز برای تغذیه PLC استفاده کرد؛ اما در بعضی دیگر، طبق الزام استاندارد زیمنس، تنها باید از منابع تغذیه برند زیمنس استفاده کرد.
در انتخاب منبع تغذیه برای PLC باید موارد زیر مد نظر قرار گیرند.
- ولتاژ و فرکانس ورودی منبع: ورودی منابع تغذیه برند زیمنس ولتاژ ۱۲۰ تا ۲۳۰ ولت است و با فرکانس ۵۰ هرتز کار می‌کنند. بعضی از مدلهای زیمنس با ولتاژ ورودی DC تغذیه می‌شوند.
- ولتاژ و جریان خروجی منبع: ولتاژ خروجی منابع زیمنس ۲۴ ولت است. در بعضی از مدل‌ها ولتاژ ۵ ولت هم توسط منبع تحویل داده می‌شود. حداکثر جریان خروجی باید با توجه به تعداد ماژول‌ها و ورودی/خروجی‌ها تعیین شود. در سیستم‌های کنترلی کوچک از منابع تغذیه ۲ تا ۱۰ آمپر استفاده می‌شود و این مقدار در پروژههای اتوماسیون بزرگ تا ۵۰ آمپر افزایش می‌یابد.
- مقاوم بودن در برابر شرایط محیطی: منبع تغذیه باید در شرایط سخت کاری بدون مشکل تجهیزات کنترلی را تغذیه کند. منابع تغذیه زیمنس از کارایی و قابلیت اطمینان بالایی در شرایط محیطی سخت و خشن برخوردار هستند.
انواع PLC زیمنس
به‌طورکلی، PLC زیمنس از لحاظ ساختار سخت‌افزاری به دو صورت ماژولار (Modular) و کامپکت (Compact) طراحی می‌شود.
در نوع ماژولار، اجزای سخت‌افزاری PLC زیمنس به صورت کارت (ماژول) از هم جدا هستند و به وسیله کانکتورهای به هم متصل می‌شوند. در این حالت امکان انتخاب امکانات سخت‌افزاری PLC بر اساس نیاز پروسه وجود دارد و در صورت بروز اشکال در هر بخش می‌توان آن را به طور جداگانه تعویض کرد.
در نوع کامپکت، منبع تغذیه، CPU و ورودی/خروجی‌ها به صورت یکپارچه در یک تجهیز طراحی می‌شوند. این نوع PLC زیمنس معمولا برای پروسه‌های کوچک و متوسط مناسب‌تر هستند. البته، در بعضی انواع کامپکت نیز اضافه کردن ماژول‌های اضافی برای توسعه PLC امکان‌پذیر است.
تولیدکنندگان PLC مدلهای متنوعی را برای کاربردهای مختلف به بازار عرضه می‌کنند تا کاربران با در نظر گرفته نیازهای کنترلی و هزینه اجرای پروژه، گزینه مناسب را انتخاب کنند. PLC زیمنس تحت سری‌های زیر به بازار عرضه می‌شود.
- S7-200
- S7-300
- S7-400
- S7-1200
- S7-1500
در ادامه سری‌های مختلف PLCهای نسل S7 زیمنس را به شما معرفی می‌کنیم.
سری S7-200
سری S7-200 از سری‌های کامپکت PLC زیمنس به شمار می‌رود. با توجه به قابلیت‌های متنوع این سری کنترلرهای زیمنس، می‌توان آن‌ها را برای کاربردهای صنعتی بسیاری مورد استفاده قرار داد.
سری S7-200 زیمنس امکان اجرای سطح پیشرفته اتوماسیون با هزینه کم را به کاربرد می‌دهد. نصب، برنامه‌ریزی و راه‌اندازی این PLCها بسیار ساده است و با وجود اندازه کوچک قابلیت کنترلی بالایی دارند. هم در کاربردهای کنترلی ساده و هم در سیستم‌های پیچیده می‌توان از این سری استفاده کرد. این PLC از پروتکل‌های پیشرفته ارتباطی مانند پروفیباس و ارتباط نقطه‌به‌نقطه (PPI) پشتیبانی می‌کند.
از دیگر ویژگی‌های سری S7-200 می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- قابلیت استفاده در محیط‌های بسیار خشن و سخت
- رنج دمای کاری گسترده از ۲۵- تا ۷۵ درجه سلسیوس
- قابلیت کار در محیط‌های دارای آلودگی‌های گازی و بخار
- مقاوم بودن در برابر تنش‌ها و ضربات مکانیکی
هر سری از PLCهای زیمنس شامل مدلهای مختلفی می‌شود که تفاوت عمده آن‌ها در بخش CPU است. مدلهای پرکاربرد CPU سری S7-200 شامل CPU-221, CPU-222, CPU-224, CPU-224XP, CPU-224XPsi, CPU-226 هستند که هر کدام قابلیت‌های کنترلی متفاوتی دارند. برای نمونه، مدل CPU-222 دارای ۸ ورودی و ۶ خروجی دیجیتال است و حداکثر دو ماژول توسعه می‌توان به آن اضافه کرد. این سی‌پی‌یو می‌تواند تا ۹۴ ورودی/خروجی را پشتیبانی کند. مدل CPU-224XP دارای ۱۴ ورودی و ۱۰ خروجی دیجیتال، دو ورودی آنالوگ و یک خروجی آنالوگ است. هفت ماژول توسعه را می‌توان به این CPU وصل کرد و حداکثر ۲۲۴ ورودی/خروجی را می‌تواند کنترل کند. همچنین این مدل مجهز به درگاه RS-485 است.
S7-200 Smart
شرکت زیمنس نسخه تازه‌تر PLC سری S7-200 را تحت عنوان S7-200 Smart با اندازه کوچک و انعطاف‌پذیری بالا و با هدف تأمین نیازهای بازار در جهت کاهش هزینه‌های اتوماسیون ارائه کرده است.
ویژگی‌های S7-200 Smart شامل موارد زیر است.
- CPUهای سری S7-200 Smart تا ۶۰ ورودی/خروجی در اختیار کاربر قرار می‌دهد. CPU بسته به انتخاب کاربر می‌توانند از نوع استاندارد یا کامپکت باشند.
- ماژول‌های توسعه مجهز به پورت‌های ارتباطی متعدد و کانال‌های آنالوگ و دیجیتال است که متناسب با نیازهای کاربر و کاهش هزینه‌های توسعه پروژه طراحی شده‌اند.
- چیپ پردازنده به کار رفته در این PLC سرعت بالایی دارد و دستورهای پایه را در کمتر از ۱۵ میکروثانیه اجرا می‌کند. عملکرد پردازشی این PLC در مقایسه با دیگر محصولات هم‌رده خود بسیار بهتر است و برای انجام عملیات کنترلی پیچیده کارایی بالای دارد.
- همه CPUهای S7-200 Smart مجهز پورت اترنت برای بارگذاری برنامه روی PLC هستند. همچنین کابل اترنت امکان اتصال CPU به PLCهای دیگر و HMI را فراهم می‌کند.
- با استفاده از قابلیت پالس سه‌محوری (Tri-axial Pulse) می‌توان عملیات کنترل حرکت را با استفاده از این PLC کنترل کرد. این PLC دارای سه خروجی پالس پرسرعت ۱۰۰ کیلوهرتزی است که امکان کنترل PWM و PTO را فراهم می کند.
- S7-200 Smart مجهز به اسلات حافظه SD است که می‌توان از آن برای آپدیت Firmware یا ذخیره و بررسی اطلاعات مربوط به سیستم اتوماسیون استفاده کرد.
سری S7-300
PLCهای سری S7-300 به صورت ماژولار طراحی شده‌اند. هر ماژول به صورت مستقل کارکرد خاص خود را دارد و ترکیب ماژول‌های مختلف تشکیل یک سیستم عامل S7-300 را می‌دهد. PLC زیمنس سری S7-300 شامل اجزای زیر است.
- پردازنده (CPU): بسته به نوع کاربرد مورد نیاز، CPUهای مختلفی وجود دارند و کاربر با توجه به قابلیت‌های مورد نظر خود، CPU مناسب را انتخاب می‌کند. دسته‌ای از CPUهای سری S7-400 تنها برنامه‌های کنترلی را ذخیره و اجرا می‌کنند و دسته‌ای دیگری از CPUها هستند که در طراحی آن‌ها ورودی/خروجیهای آنالوگ و دیجیتال نیز تعبیه شده است. بعضی از CPUهای ساده تنها از بستر ارتباطی MPI پشتیبانی می‌کنند و برخی دیگر از پورت‌های پروفیباس DP و پروفی‌نت برای ارتباط با دیگر تجهیزات بهره می‌برند.
- سیگنال ماژول (Signal Module): کارت‌های ورودی/خروجی دیجیتال و آنالوگ را Signal Module یا SM می‌نامند.
- پردازشگر ارتباطی (Communication Processor): به این ماژول اصطلاحاً کارت CP می‌گویند و برای ایجاد ارتباط با شبکه از آن استفاده می‌شود.
- فانکشن ماژول (Function Module): این ماژول‌ها که به آن کارت FM گفته می‌شود، برای کاربردهای کنترلی خاص مانند شمارش سریع (High-speed Counting)، کنترل موقعیتِ (Positioning) حلقه‌باز و حلقه‌بسته و کنترل PID به کار می‌روند.
- منبع تغذیه (Power Supply): این بخش از PLC ولتاژ متناوب ۱۲۰ تا ۲۳۰ ولت را به ولتاژ DC استاندارد ۲۴ ولتی تبدیل می‌کند تا تغذیه الکتریکی لازم برای بخش‌های مختلف PLC را تأمین کند.
- ماژول واسط (Interface Module): به این کارت IM می‌گویند. کارت IM ارتباط بین یونیت کنترلی (Rack) مرکزی با یونیت‌های کنترلی اضافه‌شده را از طریق پروتکل شبکه برقرار می‌کند.
PLCهای سری S7-300 قابلیت پشتیبانی حداکثر ۳۲ ماژول و ۳ یونیت کنترلی توسعه (Expansion Rack) را دارند. به هر رَک می‌توان تا ۸ ماژول را متصل کرد.
طراحی فیزیکی و بدنه PLC زیمنس سری S7-300 به گونه‌ای انجام شده است که نصب، تعمیرات و توسعه آن‌ها به آسانی انجام شود. از ویژگی‌های طراحی این سری از محصولات زیمنس می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- قابلیت نصب روی ریل: می‌توان از ریل‌های مخصوص به آسانی برای نصب PLC استفاده کرد.
- مکانیزم مکانیکی برای جایگزینی ماژول‌ها: برای جایگزینی یک ماژول با ماژول دیگر کافی است پیچ نگهدارنده آن را باز کنید و به این صورت ماژول به راحتی جدا می‌شود.
سیم‌کشی ماژول‌ها: به‌منظور سیم‌کشی ماژول‌های PLC ترمینال‌هایی در جلوی آن نصب شده است که یا به صورت پیچی یا به صورت فشاری می‌توان سیم‌ها را به آن‌ها وصل کرد. کانکتورهای اتصال سیم به راحتی می‌توانند از روی بدنه PLC جدا شوند و دوباره به صورت فشار نصب شوند.
- حفاظت از کانکتورها: همه کانکتورها و سیم‌های متصل به PLC توسط یک درپوش پوشانده می‌شود تا آسیب نبینند.
PLCهای سری S7-300 زیمنس اندازه کوچکی دارند و برای کنترل پروژههای صنعتی پرشماری می‌توان از آن‌ها استفاده کرد. بعضی از صنایعی که در آن‌ها PLC سری S7-300 به کار می‌رود، شامل موارد زیر هستند.
- صنعت پارچه‌بافی
- صنعت بسته‌بندی
- مونتاژ قطعات مکانیکی و الکترونیکی
- صنعت سرامیک‌سازی
- صنایع غذایی
سری S7-400
شرکت زیمنس PLCهای سری S7-300 را در دسته PLCهای میان‌رده (Medium-level) و سری S7-400 را در دسته بالارده (High-level) قرار داده است. همین نکته نشان‌دهنده قابلیت‌های بسیار بالاتر سری S7-400 نسبت به سری‌های قبلی زیمنس است.
حافظه کاری و سرعت پردازنده PLCهای سری S7-400 بسیار بالا است و قابلیت‌های ارتباطی بسیار پیشرفته‌‌ای دارند. از ویژگی‌های مهم سری S7-400 می‌توان موارد زیر را بر شمرد.
- قابلیت Multi-computing: این قابلیت اجرای پروژههای کنترلی پیچیده از طریق به‌کارگیری همزمان چند CPU را فراهم می‌کند. برای مثال، یک برنامه پیچیده صنعتی را می‌توان به بخش‌های مختلف، مانند بخش محاسبات، بخش لوپ کنترلی و بخش ارتباطی تقسیم‌بندی کرد و هر بخش به یکی از CPUها سپرده شود.
حالت Multi-computing امکان تقسیم فانکشن‌های مختلف بین CPUها را ایجاد می‌کند. برای مثال، می‌توان یک CPU را مختص پردازش عملیات بسیار سریع (Time-critical) و یک CPU جداگانه برای انجام عملیات عادی (Non-time-critical) در نظر گرفت.
در حالت Multi-computing همه CPUها یه عنوان یک CPUواحد کار می‌کنند؛ به این معنی که در صورت توقف یک CPU همه CPUهای دیگر از کار می‌افتند. همچنین به دلیل استفاده از مکانیزمی به نام Global Data سرعت انتقال دیتا بین CPUها در این حالت بسیار بالا است.
- سرعت عملکرد: PLCهای سری S7-400 سرعت پاسخ بسیار بالایی دارند. نه تنها در زمان انجام محاسبات عادی، بلکه در حالتی که چندین مسیر ارتباطی به صورت همزمان فعال هستند یا زمانی که یک بار محاسباتی پیش‌بینی‌نشده رخ می‌دهد، این PLC زیمنس می‌تواند در زمان بسیار کوتاهی خروجی مناسب را در ازای تغییرات ورودی صادر کند.
- عیب‌یابی (Diagnostics): سیستم هوشمند عیب‌یابی CPU به‌طور پیوسته کارایی سیستم و پروسه را مانیتور و خطاهای سیستم را ثبت می‌کند. این سیستم عیب‌یابی تعیین می‌کند که آیا اطلاعات ورودی و فرمان‌های خروجی PLC به درستی عمل می‌کنند یا خیر. در صورت بروز پیا‌م خطا، یک وقف عیب‌یابی (Diagnostic Interrupt) توسط ماژول فعال می‌شود.
- قابلیت Modularity: به‌کارگیری Backplane قدرتمند سری S7-400 امکان اتصال مستقیم ماژول‌ها به CPU و برقراری ارتباط بسیار سریع را فراهم می‌کند. باس Backplane امکانات ویژه‌ای را برای ایجاد ارتباط فراهم می‌کند. برای مثال، می‌توان یک مسیر برای ارتباط PLC با HMI، یک مسیر برای عملیات کنترلی سطح بالا (مانند موشن کنترل) و یک مسیر برای ورودی/خروجیهای عادی فیلدباس اختصاص داد. در صورت استفاده از Backplane می‌توان بدون توقف کار PLC و بروز خطا در CPU ماژول‌ها را تعویض کرد. همچنین این قطعه امکان ارتباط PLC با سطوح بالای اتوماسیون مانند MES و ERP را فراهم می‌کند.
بیشتر بخوانید!!
اگر با سطوح سیستم اتوماسیون صنعتی آشنا نیستید، می‌توانید مقاله هرم اتوماسیون را در وبسایت ماهر مطالعه کنید.
شرکت زیمنس دو نسخه S7-400H و S7-400F/FH را نیز ارائه داده است. در این نسخه‌های سری S7-400، امنیت و قابلیت اطمینان عملکرد کنترلر بهبود یافته است؛ به‌طوری‌که، این PLCها در برابر بروز خطا در سیستم بسیار ایمن هستند. از این نسخه‌ها برای پروسه‌هایی که هزینه خاموشی یا بازراه‌اندازی سیستم بالا است یا امکان نظارت یا تعمیر و نگهداری آن با محدودیت مواجه است، استفاده می‌شود. این نسخه‌های بهبودیافته امکان اتصال ماژول‌ها به شبکه پروفیباس DP و پروفی‌نت را دارند و از پروفایل‌هایی مانند PROFISafe بهره می‌برند.
بیشتر بخوانید!!
برای آشنایی با پروتکل‌های شبکه مانند پروفیباس و پروفی‌نت و اصطلاحاتی مانند «پروفایل PROFISafe» مقاله زیر را در وبسایت ماهر بخوانید.
با توجه به ویژگی‌های سری S7-400 پی‌ال‌سی زیمنس بدیهی است که از این کنترلر در سیستم‌های کنترلی پیشرفته، پیچیده و حساس استفاده می‌شود. از جمله صنایعی که از این محصول زیمنس در آن استفاده می‌شود، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- صنعت نفت و گاز
- صنعت شیمی و پتروشیمی
- نیروگاه‌های برق
- صنعت فلزات
- صنایع غذا و نوشیدنی
سری S7-1200
PLCهای سری S7-1200 شرکت زیمنس از طراحی کامپکت بهره می‌برند و انتخاب مناسبی برای کنترل پروسه‌های کوچک و متوسط هستند. این PLCها از یک مجموعه یکپارچه شامل CPU، منبع تغذیه، ورودی/خروجیهای دیجیتال و آنالوگ، پورت شبکه پروفی‌نت و ورودی/خروجی پرسرعت برای کنترل حرکت (Motion Control) تشکیل شده است. اندازه کوچک و امکان اتصال ماژول‌های توسعه ورودی/خروجی و کارت شبکه، این PLC زیمنس را به گزینه خوبی برای جایگزینی مدارهای رله-کنتاکتوری و اجرای سیستم‌های اتوماسیون پیچیده تبدیل می‌کند. از جمله کاربردهای کنترلی S7-1200 در صنعت می‌توان موارد زیر را نام برد.
- نوار نقاله
- بسته‌بندی
- بالابر و جرثقیل
- ماشین‌آلات مکانیکی
- میکسر
- تصفیه آب
- کنترل پمپ
- سیستم‌های تهویه
- سیستم‌های اطفا حریق
علاوه بر پروتکل پروفی‌نت، با به‌کارگیری ماژول‌های شبکه، استانداردهای ارتباطی پروفیباس، RS-232 ،GPRS و RS-485 نیز برای S7-1200 قابل استفاده هستند.
چهار مدل CPU برای سری S7-1200 طراحی شده است. این مدل‌ها شامل موارد زیر هستند.
- CPU-1211C
- CPU-1212C
- CPU-1214C
- CPU-1215C
این مدلهای CPU، از لحاظ اندازه فیزیکی، ظرفیت حافظه، تعداد ورودی/خروجیهای آنبورد، تعداد مجاز ماژول‌های توسعه، تعداد ورودی/خروجیهای پرسرعت و تعداد پورت شبکه با هم متفاوت هستند.
سری S7-1500
PLCهای سری S7-1500 جدیدترین سری محصولات زیمنس هستند که در سال ۲۰۱۲ به بازار عرضه شدند. عملکرد CPU در این PLCها به شکل قابل توجهی بهبود یافته است، ساختار طراحی آن‌ها ماژولار است و برای کنترل پروسه‌های صنعتی پیچیده قابلیت اطمینان بالایی دارند. قابلیت‌های برنامه‌نویسی در سری S7-1500 بهبود یافته است و فانکشن‌های ویژه‌ای برای کنترل حرکت (Motion Control) در آن گنجانده شده است. همچنین در CPU این سری PLC زیمنس قابلیت‌های گسترده‌ای برای عیب‌یابی، تشخیص خطا و بهینه‌سازی عملکرد تجهیزات اضافه شده است. برای برنامه‌نویس PLC زیمنس سری S7-1500 باید از نرم‌افزار TIA Portal استفاده کرد. از دیگر ویژگی‌های بهبودیافته این سری نسبت به سری‌های دیگر می‌توان موارد زیر را برشمرد.
- قابلیت‌های ارتباطی پیشرفته با استفاده از استاندارد پروفی‌نت
- قابلیت افزودن ماژول‌های ارتباطی برای سیستم‌های ارتباطی باس و نقطه‌به‌نقطه
- باس Backplane ارتقا‌یافته با سرعت بسیار بالا
- امنیت اطلاعات برنامه کنترلی
- قابلیت Fail-safe برای ایمنی بیشتر در برابر خطاهای سیستم
- امکان نصب ۳۰ سیگنال ماژول (SM)
برای دریافت نرم افزار تیاپورتال، فقط کافیه فرم رو تکمیل کنی
کارت CPU سری S7-1500 در مدلهای متنوعی ارائه شده است که هر یک قابلیت‌های متفاوتی دارند. پردازنده این سری از PLC زیمنس شامل مدلهای زیر است.
- CPU 1511-1 PN: این مدل ساده‌ترین CPU سری S7-1500 است که برای کاربردهای متوسط مناسب است. این کارت CPU به سوئیچ دو پورتی پروفی‌نت مجهز است.
- CPU 1513-1 PN: این مدل نیز برای کاربردهای متوسط استفاده می‌شود؛ اما سرعت پردازش آن از مدل CPU 1511-1 PN بیشتر است.
- CPU 1515-2 PN: از این مدل برای کاربردهای سطح متوسط و بالا استفاده می‌شود و مجهز به رابط Profinet اضافی با آدرس IP جداگانه برای ارتباط با دستگاه‌های دیگر و یا ایجاد ارتباط پرسرعت است.
- CPU 1516-3 PN/DP: این مدل ظرفیت برنامه و حافظه بالایی دارد و برای کاربردهای سطح بالا مناسب است. این CPU به عنوان کنترلر مرکزی در سیستم‌های اتوماسیون به کار می‌رود و علاوه بر پروفی‌نت دارای واسط پروفیباس DP نیز هست.
- CPU 1517-3 PN/DP: ظرفیت پردازش و حافظه در این مدل هم بالاست و علاوه بر ویژگی‌های مدل CPU 1516-3 PN/DP قابلیت‌های ویژه اتوماسیون مانند کنترل ماشین‌های سری‌شده و کنترل ماشین‌آلات مخصوص را دارد. این مدل هم از پروفیباس DP پشتیبانی می‌کند.
- CPU 1518-4 PN/DP: سرعت پردازش این CPU بسیار زیاد است و برای کاربردهای کنترلی بسیار پیچیده و سطح بالا به کار می‌رود. در این مدل هم امکان استفاده از پروفی‌نت و پروفیباس DP وجود دارد.
CPU 1518-4 PN/DP MFP: این مدل پیشرفته‌ترین CPU سری S7-1500 است و علاوه بر ویژگی‌های CPU 1518-4 PN/DP، از قابلیتی به نام Multi-functional Platform یا MFP برخوردار است که امکانات محاسباتی و برنامه‌نویسی بسیار قدرتمندی به PLC می‌دهد.
جمع‌بندی
کمپانی زیمنس بزرگترین برند تولید تجهیزات اتوماسیون در جهان است. PLC زیمنس از مهمترین محصولات این شرکت به شمار می‌رود که در بازار اتوماسیون ایران به ویژه در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی برند بسیار محبوبی است. شرکت زیمنس PLCهای نسل S7 خود را در قالب چند سری اصلی 200، 300، 400، 1200 و 1500 به بازار عرضه می‌کند. هر یک از این سری محصولات زیمنس، قابلیت‌‌ها، کاربردها و طراحی سخت‌افزاری متفاوتی دارند. در این مقاله، انواع PLC زیمنس را معرفی و ویژگی‌های کاربردی آن‌ها را به طور خلاصه شرح دادیم. برای یادگیری کار با سخت‌افزار و برنامه‌نویسی سری‌های مختلف PLC زیمنس می‌توانید در دوره اتوماسیون زیمنس ماهر ثبت نام کنید. در این دوره، نحوه اجرای پروژههای عملی اتوماسیون با استفاده از مدلهای مختلف زیمنس را فرا می‌گیرید و در پایان دوره، می‌توانید به‌عنوان متخصص PLC زیمنس در بازار کار فعالیت کنید.
سوالات متداول
خیر. در PLCهای سری ۴۰۰ و ۱۵۰۰ از بک‌پلین استفاده می‌شود.
برای اتصال این سنسور هم می‌توان از کارت‌های مخصوص سنسور دما و هم از کارت‌های ورودی آنالوگ عمومی استفاده کرد.
این دو پروتکل از سریع‌ترین و نیرومندترین پروتکل‌ها شبکه هستند که می‌توان از آن‌ها برای سیستم‌های اتوماسیون پیچیده که دارای سطح Planning و ERP هستند نیز استفاده کرد.
منابع
https://mall.industry.siemens.com/mall/en/ww/catalog/products/5000013
https://www.cncdesign.co.nz/blog/siemens-s7-200-plc-history.
https://technology.expertscolumn.com/introduction-siemens-s7-200-plc-part-1#google_vignette
https://control.com/technical-articles/siemens-simatic-plcs-hardware-history/
https://cache.industry.siemens.com/dl/files/825/109767825/att_987474/v1/ST400_2017_en_Web.pdf
http://plccompare.com/wp-content/uploads/2011/01/Siemens-S7-400.pdf
https://cache.industry.siemens.com/dl/files/849/1117849/att_23817/v1/424ish_e.pdf
https://www.dmcinfo.com/latest-thinking/blog/id/9471/using-siemens-s7-1500-plc-with-high-speed-io-siemens-tm-timer-didq-modules
https://www.expert-automation.com/PLC%20SIEMENS%20SIMATIC%20S7-1500%20Advance%20Controllers.pdf
https://www.pccweb.com/wp-content/uploads/2015/10/S10-S15-Simatic-S7-1500-The-most-advanced-Controller-in-the-world.pdf
https://www.realpars.com/blog/plc-power-supply#:~:text=A%20PLC%20power%20supply%20is,rest%20of%20the%20PLC%20components.
https://www.nce.com.hk/download/siemens/Siemens-Simatic-S7-400-PLC-2009.pdf
https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:0677240b-26f7-47b8-a379-343f68d64a42/s7-200-smart-catalogue.pdf
https://www.siemens.com/global/en/company/about/history/specials/60-years-of-simatic.html
