پی ال سی 1200 زیمنس در سال 2009 به بازار عرضه شد. این محصول در پروژه های زیادی مورد استفاده قرار می گیرد و از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در حقیقت سری 1200 در مقایسه با سری 300 و 1500 سهم بازار بیشتری را از آن خود کرده است. قیمت منطقی و مناسب این کنترل کننده صنعتی در کنار رنج گسترده قابلیت های سخت افزاری و نرم افزاری دلیل اصلی محبوبیت آن محسوب می شود.
با توجه به گستردگی حوزه کاربرد این کنترل کننده صنعتی، انواع مختلفی از آن تولید شده است. در این مقاله به بررسی انواع پی ال سی 1200 زیمنس خواهیم پرداخت و آنها را براساس طبقه بندی کاربردشان در صنعت با هم مقایسه نماییم.
مروری بر S7 – 1200
سری 1200 زیمنس از جمله اعضای خانواده سیماتیک است. این پی ال سی جایگزین سری S7-200 شده است و در کاربردهای کوچک تا متوسط صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. طراحی ماژولار، قدرت پردازش بالا و تنوع عملیات قابل انجام، این پی ال سی را به یک انتخاب ایده آل برای اغلب کاربردها تبدیل کرده است. بسته به نیازهای پروژه و قابلیت های مورد انتظار، یکی از انواع پی ال سی 1200 انتخاب می شود. به صورت کلی می توان ساختار 1200 را به دو بخش سخت افزار و نرم افزار تقسیم کرد.
سخت افزار S7 – 1200
سخت افزار 1200 را می توان به بخش های اصلی زیر تقسیم کرد:
- منبع تغذیه
- واحد پردازش مرکزی یا CPU
- واحدهای ورودی/خروجی
- ماژول های ارتباطی
منبع تغذیه وظیفه تامین توان الکتریکی CPU و سایر کارت ها را بر عهده دارد. واحدهای ورودی و خروجی ارتباط PLC با محیط اطراف را برقرار می کنند. ماژول های ارتباطی قابلیت پشتیبانی از پروتکل های صنعتی استاندارد را به 1200 اضافه می کنند.
نرم افزار S7 – 1200
منظور ار نرم افزار، منطق عملیاتی است که روی PLC بارگذاری می شود. برنامه نویسی انواع پی ال سی 1200 زیمنس در بستر تیاپرتال TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) یا پورتال اتوماسیون یک پارچه زیمنس انجام می شود. این نرم افزار در سال 2015 پس از سال ها تلاش و بررسی شرکت زیمنس و ادغام برنامه های کاربردی مختلف مانند simatic wincc و . . . به بازار عرضه شد. هدف از تولید این محصول بالابردن سرعت برنامه نویسی، یکپارچه سازی محیط های کاری، بالا بردن سطح ایمنی و قدرت تصحیح و عیب یابی خطاها بوده است. در این نرم افزار پیکربندی سخت افزار، پیکربندی شبکه، برنامه نویسی PLC و HMI در یک محیط واحد انجام می شود. قابلیت های گسترده تیا پرتال برنامه نویسی 1200 را تسهیل می کند.
انواع پی ال سی 1200 زیمنس
خانواده 1200 زیمنس را می توان به براساس پارامترهای مختلفی دسته بندی کرد. لازم به ذکر است این دسته بندی روی ماژول های پردازنده انجام می شود. پردازنده ها را می توان براساس نوع طراحی، ایمن بودن در برابر خطا و سری CPU دسته بندی کرد.
CPU در سیستم SIMATIC S7-1200 در پنج مدل اصلی
ارائه می‌شود . هر کدام از این پردازنده ها متناسب با نیاز طراح با استفاده از کارت های ورودی و خروجی و ماژول های ارتباطی توسعه می یابند. در جدول زیر لیست انواع پردازنده پی ال سی 1200 با هم مقایسه شده اند.
| Cpu1211c | Cpu1212c | Cpu1214c | Cpu1215c | Cpu1217c | |
| مدل ها Options (خروجی/ورودی/تغذیه) | AC/DC/Rly DC/DC/DC DC/DC/RLY | AC/DC/Rly DC/DC/DC DC/DC/RLY | AC/DC/Rly DC/DC/DC DC/DC/RLY | AC/DC/Rly DC/DC/DC DC/DC/RLY | DC/DC/DC |
| حافظه کاری Work memory | 50Kb | 75Kb | 100Kb | 125Kb | 150Kb |
حافظه داده Loud memory | 1Mb | 2Mb | 4Mb | 4Mb | 4Mb |
| ورودی/خروجی دیجیتال | 6 Inputs 4 Outputs | 8 Inputs 6 Outputs | 14 Inputs 10 Outputs | 14 Inputs 10 Outputs | 14 Inputs 10 Outputs |
| ورودی آنالوگ | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| خروجی آنالوگ | 0 | 0 | 0 | 2 | 2 |
| پردازش تصویر | 1024 byte for inputs ,1024 byte for outputs | ||||
| Signal Board | 1 1 1 1 1 | ||||
| Signal modules | – | 2 | 8 | 8 | 8 |
| Communication modules | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
همانطور که مشاهده می کنید برخی مدل ها به سه صورت عرضه شده است:
AC/DC/Rly
DC/DC/DC
DC/DC/RLY
از ابتدای سمت چپ DC یا AC نوع منبع تغذیه را مشخص می کند. پس از آن نوع تغذیه ورودی ها مشخص شده که همگی از نوع DC هستند. در قسمت آخر نوع خروجی که از نوع ترانزیستوری (DC) یا رله ای (RLY) است مشخص می شود.
خروجی های ترانزیستوری و رله ای چند تفاوت اساسی دارند:
- خروجی رله ای می تواند جریانی بیش از 2 آمپر داشته باشد در حالی که خروجی ترانزیستوری حداکثر تا جریان 500 میلی آمپر جریان دارد
- خروجی رله ای می تواند ولتاژ DC (5~30V) و AC (5~250V) داشته باشد اما ولتاژ خروجی ترانزیستوری فقط DC (20.4~28.8V) است.
- مزیت اصلی خروجی ترانزیستوری در سرعت بالای سوئیچ زنی می باشد.
انواع ماژول پردازنده S7 – 1200
دربخش قبل اشاره کردیم که انواع مختلفی از پردازنده های 1200 وجود دارند که با توجه به نیاز پروژه و قابلیت های مورد انتظار برای کاربردهای متفاوتی استفاده می کنند. حرف C که در انتهای انواع پی ال سی 1200 زیمنس است، نشان می دهد که PLC دارای طراحی کامپکت است. طراحی کامپکت یا فشرده به این معنی است که اندازه PLC در مقایسه با سایر مدل ها کوچکتر است. اگرچه PLCهای S7-1200 کوچک هستند، با این وجود تعدادی ورودی و خروجی داخلی دارند و در صورت نیاز، به کمک ماژول های توسعه می توان تعداد ورودی/خروجی را بیشتر کرد.
در ادامه به بررسی دقیق تر ماژول های پردازنده 1200 و بیان کاربرد هر کدام می پردازیم.
مدل CPU 1211C
1211C یک مدل پایه برای کار با PLC های S7-1200 است. این مدل حداقل حافظه و پورت های لازم برای برقراری ارتباط را دارد. این پردازنده 6 ورودی، 4 خروجی، 50Kb حافظه داخلی، 1 پورت پروفی نت و امکان نصب یک سیگنال برد دارد. همچنین سه ماژول شبکه CM را پشتیبانی می کند. 1211C از انواع پی ال سی 1200 است که علی رغم امکانات حداقلی، در پروژه های اتوماسیون کوچک و متوسط به خوبی کار می کند.
- کنترل دستگاه های اتوماتیک ساده
- گرمایش و تهویه مطبوع در یک ساختمان Heating, Ventilating and Air Conditioning (HVAC)
نمونه های خوبی از کاربرد این محصول در صنعت به شمار می آید.
مدل CPU 1212C
PLC S7-1200 مدل 1212C بسیار شبیه به 1211C است، با این تفاوت که در این مدل 8 ورودی و 6 خروجی در نظر گرفته شده است و علاوه بر حافظه 75kb قابلیت افزودن 2 سیگنال ماژول (SM) را نیز دارد.
این مدل برای کاربردهای اتوماسیون در مقیاس کمی بزرگتر، مانند کنترل دمای کوره های صنعتی، گزینه ای عالی می باشد. کوره های صنعتی در صنایع مختلفی مانند فلزکاری، شیشه سازی و سرامیک سازی کاربرد دارند. 1212C اغلب برای تنظیم دما، فشار و سایر پارامترها در داخل کوره های صنعتی استفاده می شود. انواع پی ال سی 1200 زیمنس مدل 1212C از روش کنترل PID پشتیبانی می کند که امکان تنظیم دقیق تر دما و فشار را فراهم می کند. در این روش پارامترهایی مانند دما و فشار براساس فیدبک تنظیم می شوند.
PID از سه قسمت مجزا به نام‌های Proportional (تناسب)، Integral (انتگرال‌گیر) و Derivative (مشتق‌گیر) تشکیل شده که هر کدام از آنها سیگنال خطا را به عنوان ورودی گرفته و عملیاتی را روی آن انجام می‌دهند. در نهایت خروجی این سه بخش با هم جمع می‌شود. خروجی این مجموعه که همان خروجی کنترل‌کننده PID است برای اصلاح خطا (error) به سیستم فرستاده می‌شود.
مدل CPU 1214C
مدل 1214C یک گزینه محبوب برای کاربردهای اتوماسیون پیشرفته‌تر است. این سری با 14 ورودی، 10 خروجی و 100Kb حافظه داخلی توان کنترل فرآیندهای پیچیده تری را دارد. مواردی مانند
- جابجایی مواد
- کنترل پمپ‌ها
- مدیریت فرآیندهای کوچک
نمونه هایی از کاربردهای این مدل است. CPU 1214C قابلیت کنترل به روش PID را نیز دارد. نقطه قوت مدل C1214 در ویژگی‌های پیشرفته‌تر برای کنترل PID و قابلیت‌های اضافی مدیریت سیستم‌های اتوماسیون بزرگتر و پیچیده‌تر است. البته مدل‌های پیشرفته تر PLC سری S7-1200 ، عملکردهای کنترل PID بیشتری را می توانند انجام دهند!
مدل CPU 1215C
از انواع پی ال سی 1200 که برای کارهای بزرگ اتوماسیون گزینه مناسبی هستند، می توان به این سری پردازنده اشاره کرد. منظور از وظایف اتوماسیون بزرگ، کاربردهایی است که به پردازش با سرعت بالا و قابلیت‌های ارتباطی پیشرفته نیاز دارند. از جمله این کاربردها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سیستم‌های کنترل فرآیند پیچیده
- سیستم‌های کنترل حرکت
- سیستم‌های جابجایی مواد بزرگ
در این سری تعداد ورودی و خروجی ها نسبت به CPU 1214C تفاوت چشم گیری ندارد اما قابلیت های مهم دیگری به آن افزوده شده است. به طور مثال یکی از قابلیت های CPU 1215C کنترل از راه دور توسط مرورگر وب است.
مدل CPU 1217C
CPU 1217C شبیه به 1215C است اما تعداد ورودی و خروجی بیشتری دارد، به این معنی که می تواند کارهای پیچیده تری را انجام دهد و همچنین سرعت بالاتری دارد. اهمیت بالا بودن سرعت PLC در برنامه‌هایی که نیاز به جمع‌آوری سریع داده‌ها دارند مشاهده می شود. هر چه داده ها سریعتر جمع آوری شوند، دقت خروجی سیستم بالاتر است.
به عنوان مثال در یک دستگاه بسته بندی با سرعت بالا، حسگرها اطلاعات مربوط به اندازه و وزن هر بسته را جمع آوری می کنند. از این داده ها برای انجام
تنظیمات دستگاه استفاده می شود. اگر داده ها خیلی آهسته جمع آوری شوند، بسته بندی به درستی انجام نمی شود. در نتیجه در فرآیند تولید اختلال ایجاد می شود. سرعت بالای دستگاه در کنار دقت بالا باعث افزایش راندمان تولید می شود.
ویژگی Fail-Safe در انواع PLC 1200 زیمنس
در مکان‌هایی مانند سکوهای نفتی یا کارخانه‌هایی که اتفاقات قابل پیش بینی نیستند و ممکن است حوادث خطرناکی رخ دهد، داشتن یک لایه محافظ اضافی اهمیت بالایی دارد. در صنعت نفت و گاز، به دلیل خطرات بسیار زیادی که وجود دارد ایمنی بسیار مهم است. اینجاست که PLC های ایمن واقعاً مفید هستند. به طور مثال آنها می‌توانند مواردی مانند نشت گاز را تشخیص دهند و تجهیزات را به طور خودکار خاموش کنند، سیستم‌های تهویه را روشن کنند و به کارگران در مورد خطر هشدار دهند. در این کاربردها از پی ال سی 1200 نوع FAILSAFE استفاده می شود.
ارتقا ایمنی با کنترل کننده ایمن در برابر خطا
S7-1200 Fail-Safe PLCs انواع خاصی از PLCها هستند که نه تنها برای کنترل ماشین آلات و تجهیزات بلکه به منظور تامین ایمنی افراد به کار می رود. این کنترل کننده ها با نوار زرد رنگی که در کنار آن ها قرار دارد قابل شناسایی هستند.
به عنوان مثالی از کاربرد این قابلیت، فرض کنید می خواهید یک سیستم کنترل برای آسانسور طراحی کنید. می توانید از یک PLC معمولی مانند 1212C برای کنترل حرکت آسانسور استفاده کنید. اما اگر برق قطع شود یا مشکلی پیش بیاید ممکن است آسانسور در زمان و مکان مناسب متوقف نشود. اینجاست که PLC 1212 FCوارد می‌شود. این مدل دارای ویژگی‌های ویژه‌ای است که می‌تواند اشتباه را تشخیص دهد و ترمزهای اضطراری را برای ایمن نگه داشتن مسافران فعال کند.
به خاطر داشته باشید همه انواع PLهای S7-1200 دارای ویژگی خطر ایمن نیستند. این امکان فقط برای مدل های1212C ، 1214C و 1215C در دسترس است. پردازنده های ایمن در برابر خطا با حرف F که در سری آن ها درج می شود قابل تشخیص هستند.
پروتکل های ارتباطی
انواع پی ال سی 1200 زیمنس دارای پورت استاندارد PROFINET هستند. اما گاهی اوقات متناسب با نیاز پروژه، اتصال 1200 به برخی شبکه های استاندارد دیگر الزامی است . برای رفع این چالش می توانید یک ماژول ارتباطی به PLC 1200 اضافه کنید. این ماژول با استفاده از پورت I/O Link به پردازنده متصل می شود. این قابلیت کنترل دستگاه را بدون نیاز به سخت افزار اضافی یا برنامه نویسی پیچیده امکانپذیر می کند.
انواع پی ال سی 1200 زیمنس از پروتکل های ارتباطی مانند
- ProfiBus
- Modbus TCP
- Modbus RTU
- ProfiNet
- AS-I
- point to point
- CANopen
پشتیبانی می کنند.
جزئیات بیشتر در این زمینه را می توانید در مقاله “پروتکل های ارتباطی S7 – 1200 زیمنس” ببینید.