گاهی در یک سیستم اتوماسیون از تجهیزات حساسی استفاده می‌شود که نیازمند کنترل دقیق و انتقال و پردازش بسیار سریع اطلاعات هستند. در چنین پروژه‌هایی PLCهای شرکت زیمنس گزینه مناسب و متداولی به شمار می‌روند. در طراحی بعضی از مدل‌های PLC زیمنس قابلیت‌های ویژه‌ای برای کاربردهای خاص که نیاز به سرعت عملکرد بالا دارند تعبیه شده است. در کنار این قابلیت‌ها ماژول‌های ویژه‌ای هم برای سخت‌افزار PLC طراحی شده است. این ماژول‌ها تحت عنوان «فانکشن ماژول» (FM) شناخته می‌شوند. در این مقاله، انواع فانکشن ماژول‌های PLCهای سری S7-400 زیمنس را معرفی و کاربردها و ویژگی‌های آن‌ها را شرح می‌دهیم. برای آشنایی با این تجهیزات با آکادمی ماهر همراه باشید.
برای شرکت در دوره اتوماسیون صنعتی زیمنس روی لینک زیر کلیک کنید
فانکشن ماژول در PLC زیمنس
فانکشن ماژول، یک نوع ماژول سخت‌افزاری در PLCهای زیمنس است. این ماژول‌ها برای انجام عملیاتی که نیاز به سرعت و دقت بالا دارند به کار می‌روند. برای مثال، اگر برای خواندن سرعت چرخش یک موتور از یک سنسور انکدر با سرعت بالا استفاده شود، ماژول‌های I/O عادی نمی‌توانند مقدار سنسور را به‌درستی و با دقت کافی دریافت کنند. در چنین شرایطی برای عملکرد دقیق سیستم کنترلی به فانکشن ماژول نیاز است. فانکشن ماژول، مانند یک CPU، ورودی را دریافت کرده، پردازش را انجام داده و خروجی را صادر می‌کند. این ماژول‌ها در سری‌های S7-300 و S7-400 زیمنس به کار می‌روند. در ادامه، برخی انواع فانکشن ماژول در سری S7-400 را معرفی می‌کنیم.
فانکشن ماژول FM 450-1
فانکشن ماژول FM 450-1 یک ماژول شمارنده (Counter) دو‌کاناله است. یکی از شمارنده‌ها می‌تواند از ۰ تا 
را بشمارد و شمارنده دیگر توانایی شمارش از 
را دارد. ماکزیمم فرکانس ورودی کانتر ۵۰۰ کیلو‌هرتز است و می‌تواند با سه تسک «شمارش پیوسته» (Continuous)، «شمارش تکی» (Single) و «شمارش دوره‌ای» (Periodic) کار کند. فرمان آغاز و پایان شمارش می‌تواند به صورت نرم‌افزاری یا از طریق یک سیگنال خارجی برای ماژول صادر شود. از این ماژول می‌توان برای چند کاربرد اصلی استفاده کرد.
- اتصال مستقیم انکدر افزایشی
- مقایسه دو مقدار عددی
- ارسال خروجی دیجیتال پس از رسیدن مقدار شمارش به یک عدد خاص
کارت FM 450-1 قابلیت اطمینان بالایی دارد و دارای ۳ وقفه سخت‌افزاری (Hardware Interrupt) و ۷ وقفه عیب‌یابی (Diagnostic Interrupt) است که در زمان بروز خطا عملکرد ماژول را متوقف می‌کنند.
FM 450-1 برای شمارش سیگنال با سرعت بالا به کار می‌رود. این ماژول توانایی شمردن سیگنال‌های انکدر با ولتاژ ۵ ولت و ۲۴ ولت را دارد. از جمله کاربردهایی که در آن‌ها از این ماژول استفاده می‌شود، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- بسته‌بندی
- سورتینگ
- دوزینگ
فانکشن ماژول FM 451
ماژول FM 451 برای کنترل موقعیت (Positioning) به روش Rapid traverse/Creep speed در یک سیستم اتوماسیون S7-400 به کار می‌رود. این روش کنترلی، معمولاً برای کنترل ماشین‌های تراشکاری پیشرفته استفاده می‌شود. با به‌کارگیری این روش می‌توان یک محور را تا یک موقعیت خاص به صورت دقیق حرکت داد. در شکل ۳، نمودار موقعیت-سرعت حرکت یک محور با روش Rapid traverse/Creep speed را می‌بینید.
همان‌طور که در نمودار شکل ۳ می‌بینید، محور از موقعیت استارت، آغاز به افزایش سرعت کرده و به سمت نقطه تارگت حرکت می‌کند. سرعت Rapid Traverse باعث می‌شود که محور در کمترین زمان به تارگت نزدیک شود.
نقطه Changeover با در نظر گرفتن موقعیت تارگت و مقدار Changeover Difference تعیین می‌شود. وقتی محور به این نقطه می‌رسد، به حالت Creep Speed سوئیچ می‌کند. از این نقطه به بعد محور با سرعت کمتری به سمت هدف حرکت می‌کند.
نقطه Switch-off با در نظر گرفتن موقعیت تارگت و مقدار Switch-off Difference تعیین می‌شود. در این مرحله موتور حرکت‌دهنده محور خاموش می‌شود و محور با انرژی جنبشی باقیمانده خود به سمت تارگت حرکت می‌کند.
برای دستیابی به بیشترین دقت پوزیشنینگ محور، پارامترهای Changeover و Switch-off باید با توجه به اینرسی محور، سرعت Traverse و سرعت Creep تعیین شود.
ماژول FM 451 دارای کانال مستقل است؛ بنابراین، می‌تواند یک محور خطی یا یک محور گَردان را کنترل کند. این ماژول یک انکدر افزایشی (Incremental) یا یک انکدر مطلق (Absolute) را در هر کانال خود پشتیبانی می‌کند.
بیشتر بخوانید:
در صورتی که با انکدر و انواع آن آشنا نیستید، مقاله انکدر چیست؟ را در وبسایت ماهر بخوانید.
ماژول FM 451 را در کاربردهای مختلفی می‌توان به کار گرفت. از جمله آن‌ها، می‌توان موارد زیر را نام برد.
- دستگاه‌های بسته‌بندی
- دستگاه‌های لیفتینگ و نوار نقاله
- ماشین‌آلات نجاری
- دستگاه تولید کاغذ
- دستگاه پرینتر
- دستگاه‌های تولید لاستیک و پلاستیک
- دستگاه‌های تولید مصالح ساختمانی
- ماشین‌آلات تراشکاری
فانکشن ماژول FM 452
فانکشن ماژول FM 452 یک ماژول تک‌کاناله برای کنترل Camهای الکترونیکی است. پیش از آن‌که با Cam الکترونیکی آشنا شوید بهتر است ابتدا نحوه عملکرد Cam مکانیکی را بدانید. Cam یک قطعه مکانیکی است که برای انتقال حرکت گَردان به حرکت خطی بین دو محور استفاده می‌شود. این قطعه روی یک شفت گَردان نصب می‌شود و شکل آن دایره‌ای نیست؛ بلکه بسته به نوع کاربرد آن در اشکال مختلفی ساخته می‌شود.
Cam الکترونیکی (ECAM) یک الگوریتم نرم‌افزاری است که درون برنامه PLC، سیستم سروو یا درایو، بر اساس شبیه‌سازی عملکرد Cam مکانیکی در یک ساختار Master/Slave پیاده‌سازی می‌شود. به عبارت دیگر، ECAM یک برنامه نرم‌افزاری است که ارتباط بین محور مَستر (انکدر مستر) با موتورِ Slave را محاسبه می‌کند، به‌طوری‌که، هر پوزیشن محور Master با یک پوزیشن یکتا در محور Slave از طریق جدول پارامترهای ECAM متناظر می‌شود.
استفاده از ECAM در یک سیستم کنترلی، نیازمند استفاده از انواع انکدر و سنسورهای پراکسیمیتی با سرعت سوئیچینگ بالا است. FM 452 از سنسورهای پراکسیمیتی و انکدر‌های افزایشی (Incremental) و ابسولوت (Absolute) برای گرفتن فیدبک پوزیشن پشتیبانی می‌کند.
در ماژول FM 452 می‌توان تا ۱۲۸ پوزیشن برای ECAM برنامه‌ریزی کرد. همچنین می‌توان چند ماژول به صورت موازی در یک سیستم S7-400 در کنار هم استفاده کرد. یکی از روش‌های رایج استفاده از FM 452 این است که به‌صورت ترکیبی با ماژول FM 451 به کار برود. از جمله کاربردهای FM 452 شامل موارد زیر است.
- انواع دستگاه‌های برش
- دستگاه‌های بسته‌بندی
- دستگاه‌های مونتاژ و اسمبل قطعات
فانکشن ماژول FM 453
FM 453 یک ماژول کنترل موقعیت با استفاده از سروو موتور و استپر موتور است. این فانکشن ماژول سه کانال مستقل دارد که از هر کدام برای کنترل یک موتور سروو یا استپر می‌توان استفاده کرد. وظیفه FM 453 کنترل عملکرد سروو درایو و استپ درایو است و می‌توان از آن برای پوزیشنینگ نقطه‌به‌نقطه و همچنین عملیات حرکتی پیچیده استفاده کرد. ماژول FM 453 برای هر کانال دارای ۶ ورودی و ۴ خروجی دیجیتال است و از انکدر‌های افزایشی و ابسولوت پشتیبانی می‌کند.
بیشتر بخوانید:
در صورتی که قصد دارید با سروو موتور و کاربردهای آن آشنا شوید، کلیک کنید
به‌کارگیری FM-453 در کنترل ربات‌های صنعتی بسیار رایج است. کاربردهای دیگر این ماژول در صنعت شامل موارد زیر است.
- خطوط انتقال کالا
- خطوط مونتاژ
- دستگاه‌های پرس
- ماشین‌آلات چوب‌بری
- خطوط بسته‌بندی
- نوار نقاله
فانکشن ماژول FM 455
فانکشن ماژول FM 455 یک ماژول ۱۶ کاناله برای کنترل سیستم‌های حلقه‌بسته است. این ماژول گزینه مناسبی برای کنترل دما، فلو و فشار است و در تنظیم دما از یک الگوریتم خودبهینه‌ساز آنلاین بهره می‌برد.
در طراحی نرم‌افزاری FM 455 دو الگوریتم کنترلی مختلف تعبیه شده است که هر یک با تکنیک مخصوص خود بهینه‌سازی شده‌اند.
- کنترلر دما که از تکنیک کنترل فازی (Fuzzy) بهره می‌برد و با یک کنترلر سلف-تیونینگ بهینه‌سازی شده است.
- کنترل PID که با استفاده از واسط تنظیم پارامتر سلف-تیونر PID بهینه‌سازی شده است.
ماژول FM 455 در دو نسخه C و S ساخته می‌شوند. نسخه C برای کنترل سیستم‌های کنترلی پیوسته (Continuous) به کار می‌رود و دارای خروجی‌های آنالوگ است و نسخه S برای کنترل پله‌ای (Step) و کنترل پالسی استفاده می‌شود و مجهز به خروجی‌های دیجیتال است.
ماژول FM 455 S دارای ۱۶ ورودی و ۳۲ خروجی دیجیتال است و ماژول FM 455 C شانزده ورودی آنالوگ و ۱۶ ورودی دیجیتال دارد. در صورت اتصال هر سنسور دمای PT100 به ماژول، دو ورودی آنالوگ اشغال می‌شود؛ یعنی می‌توان ۸ سنسور PT را به این کارت وصل کرد.
استفاده از ماژول‌های FM 455 امکان استفاده از ۷ مود عملیاتی در ساختارهای مختلف کنترلی را به کاربر می‌دهد و دارای ۵ نوع وقفه عیب‌یابی (Diagnostic Interrupt) مختلف است. کاربردهای رایج این ماژول زیمنس شامل موارد زیر است.
- ساخت ماشین‌های صنعتی
- کنترل کوره و پاتیل مذاب
- سیستم‌های گرم‌کننده و خنک‌کننده
- صنایع غذا و نوشیدنی
- مهندسی فرایند
- صنایع شیشه و سرامیک
- صنایع لاستیک و پلاستیک
- صنایع چوب و کاغذ
فانکشن ماژول FM 458-1 DP
فانکشن ماژول FM 458-1 DP یکی از ماژول‌های قدرتمند زیمنس به شمار می‌رود. این ماژول با کنترل حلقه‌بسته و حلقه‌باز و کنترل حرکت مکانیکی تجهیزات سازگاری دارد؛ بنابراین، می‌توان آن را برای کاربردهای سطح بالای کنترلی مختلف به کار برد. در برنامه‌نویسی این ماژول از دستورهای ساده مانند OR ،AND و ADD تا بلاک‌های کنترلی پیچیده‌تر مانند General Motion Control یا GMC استفاده می‌شود. همچنین، ماژول FM 458-1 DP مجهز به درگاه شبکه پروفیباس DP است.
ماژول FM 458-1 DP دارای قابلیت توسعه است و می‌توان با استفاده از ماژول توسعه EXM 438-1 ورودی/خروجی‌های آن را افزایش داد.
از مشخصات ماژول EXM 438-1 موارد زیر قابل توجه هستند.
- مجهز به ورودی/خروجی‌های آنالوگ و دیجیتال
- قابلیت اتصال انکدر‌های افزایشی و ابسولوت
- دارای ۴ خروجی آنالوگ با رزولوشن بسیار بالا
- بدون نیاز به فن تا دمای ۴۰ درجه سلسیوس
جمع‌بندی
در سری‌های ماژولار PLC زیمنس مانند S7-400 ،S7-300 و S7-1500 از ماژول‌هایی تحت عنوان فانکشن ماژول (FM) استفاده می‌شود. این ماژول‌ها با هدف انجام عملیات اتوماسیون خاص طراحی شده‌اند. برای مثال، در سیستم‌های اتوماسیونی که به کنترل دقیق حرکت خطی یا دَوَرانی یک قطعه مکانیکی نیاز است یا در کاربردهایی که نیاز به خوانش دقیق مقدار سنسور داریم، این ماژول‌ها امکانات خوبی در اختیار کاربر قرار می‌دهند. در این مقاله، انواع فانکشن ماژول‌های سری S7-400 زیمنس را بررسی کردیم و کاربردها و امکانات آن‌ها برای اجرای پروژه‌های اتوماسیون را شرح دادیم.
در صورتی که علاقه‌مندید که کار با PLC زیمنس را به صورت عملی و کاربردی یاد بگیرید، آکادمی ماهر یک دوره آموزش اتوماسیون زیمنس را ارائه کرده است که میتوانید در این دوره ثبت نام کنید.
نرم‌افزار تیا‌‌پورتال ابزاری پرکاربرد و قدرتمند در زمینه اتوماسیون صنعتی است که با ویژگی‌های منحصر به فرد خود توانسته است جایگاه ویژه‌ای در این صنعت پیدا کند. از جمله مزایای این نرم‌افزار می‌توان به یکپارچگی و هماهنگی بین بخش‌های مختلف پروژه، پشتیبانی از انواع PLCها و قابلیت شبیه‌سازی و تست اشاره کرد.
برای دانلود این نرم افزار کاربردی میتوانید از طریق فرم زیر اقدام نمایید
برای دانلود نرم افزار Tia Portal، فقط کافیه فرم رو تکمیل کنی
سوالات متداول
خیر؛ سری ۱۲۰۰ از PLCهای کامپکت زیمنس است که از فانکشن ماژول در آن‌ها استفاده نمی‌شود.
این موتورها برای جاهایی که به کنترل دقیق سرعت و زاویه چرخش موتور نیاز است یه کار می‌روند. برای مثال، در ربات‌های صنعتی برای حرکت مفاصل ربات معمولا از این دو نوع موتور استفاده می‌شود.
برای شبیه‌سازی عملکرد Cam مکانیکی توسط PLC و مدل کردن عملکرد آن با ECAM به ورودی‌های سنسوری پرسرعت از سنسورهای مجاورت و انکدر نیاز است. این کارت ورودی/خروجی‌های لازم با سرعت بالا را در اختیار کاربر می‌گذارد.
منابع
https://www.nce.com.hk/download/siemens/Siemens-Simatic-S7-400-PLC-2009.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.electronics.jtekt.co.jp/en/knowledge-base/servo-17/#:~:text=Answer,master%20axis%20and%20slave%20axis.
https://cache.industry.siemens.com/dl/files/087/48814087/att_60404/v1/s7400_fm451_operating_instructions_en_en-US.pdf
https://support.industry.siemens.com/cs/document/8786707/overview-of-simatic-fm-458-components?dti=0&lc=en-DE
https://cache.industry.siemens.cSIMATIC Application Module FM 458-1 DPom/dl/files/610/14952610/att_49505/v1/FM458-1_DP_e.pdf
https://symbols.radicasoftware.com/413/simatic-s7-400-plc-function-modules
https://cache.industry.siemens.com/dl/files/386/109745386/att_926740/v2/109745386_2SpeedPositioning_DOC_v10_en.pdf
https://cache.industry.siemens.com/dl/files/332/1123332/att_24634/v1/s7400_fm452_operating_instructions_en_en-US.pdf
https://dattech.com.vn/en/
https://www.nce.com.hk/download/siemens/Siemens-Simatic-S7-400-PLC-2009.pdf
https://cache.industry.siemens.com/dl/files/412/1118412/att_830842/v1/s7400_fm450_1_operating_instructions_en_en-US.pdf
