معرفی و بیان مهم ترین قابلیت های

سیستم های کنترل غیرمتمرکز

پیاده‌سازی سیستم‌های کنترل و مانیتورینگ برای هر کاربرد مستلزم انتقال سیگنال‌های ورودی شامل انواع سنسورها، سوئیچ‌ها، میکرو سوئیچ‌ها و… از سطح پروسه در هرم اتوماسیون به سطح کنترل، پردازش این داده‌ها طبق برنامه کاربر در PLCها و کنترلرها در سطح کنترل و ایجاد سیگنال‌های خروجی و نهایتاً انتقال سیگنال‌های خروجی به انواع عملگرها شامل کنتاکتورها، رله‌ها، شیرهای برقی و … در سطح پروسه می‌باشد. ازآنجاکه در پروسه‌های صنعتی، تجهیزات ورودی و عملگرهای موجود در سطح پروسه در فواصل مکانی نسبتاً دوری از یکدیگر قرارگرفته‌اند، نتیجتاً ورودی‌ها و خروجی‌های مرتبط با این تجهیزات نیز علاوه بر فواصل طولانی از یکدیگر، در طول یک یا چند خط تولید توزیع‌شده‌اند. امروزه با توسعه و پیشرفت دانش شبکه‌های صنعتی، در این‌گونه کاربردها بجای استفاده از ترمینال باکس‌های متداول از تجهیزاتی موسوم به ترمینال‌های الکترونیکی (به انگلیسی : (Electronic Terminal (ET) و بجای اجرای حجم بالایی کابل‌کشی، تنها از یک کابل شبکه استفاده می‌گردد که مزایای استفاده از این شیوه به‌اختصار در شکل زیر نشان داده شده است.

ترمینال‌های الکترونیکی مشابه ترمینال‌های متداول با تجهیزات ورودی و خروجی ارتباط برقرار می‌نمایند اما اطلاعات ورودی‌ها و خروجی‌ها را بجای انبوهی از سیم و کابل، تنها با یک کابل شبکه تحت یک پروتکل خاص با کنترلر مرکزی مبادله می‌نمایند و از این حیث، می‌توان ET ها را به‌مثابه مجموعه‌ای از ماژول‌های نصب‌شده روی ریل/رک‌های اضافی برای یک سیستم کنترل متمرکز در نظر گرفت که از طریق ماژول‌های واسط (IMها) با ماژول CPU در ریل/رک اصلی مرتبط می‌باشند. شرکت زیمنس ET های متنوعی را بسته به کاربردهای مختلف طراحی و این محصولات را در خانواده‌ای موسوم به «SMATIC ET200» به بازار عرضه می‌نماید. ازآنجاکه این شرکت مطابق شکل زیر، از چهار پروتکل IO Link، ASI، پروفی باس و پروفی نت در سطح پروسه و کنترل هرم اتوماسیون استفاده می‌نماید، محصولات خانواده ET200 نیز منطبق با این پروتکل‌ها با PLCها، کنترلرها و سایر تجهیزات موجود در سطح پروسه و کنترل ارتباط برقرار می‌نمایند. به کمک محصولات این خانواده، برای هر ماشین یا تجهیز مشخص بسته به تعداد I/Oها، ارتباطات شبکه‌ای و قابلیت‌های خاص از یک نوع ET معین استفاده می‌گردد و این ETها، بسته به گستردگی و پیچیدگی خط تولید در فواصل معینی در طول خط توزیع می‌شوند.

ازآنجاکه امروزه تمایل به استفاده از سیستم‌های کنترل غیرمتمرکز در صنایع مختلف در حال افزایش است، شرکت زیمنس اقدام به ارائه نسل پیشرفته‌تری از ETها تحت عنوان کنترلرهای غیرمتمرکز یا توزیع‌شده نموده است. این ETها با برخورداری از CPU جداگانه، قادر به پردازش سیگنال‌های ورودی و خروجی بخشی از پروسه مطابق برنامه کاربر می‌باشند و وضعیت عملکرد پروسه و تنظمیات مدنظر کاربر را به‌صورت پیوسته از طریق یک پروتکل خاص با کنترلر مرکزی مبادله می‌نمایند. از آنجا که در این روش، پردازش اطلاعات به‌صورت پراکنده روی تعدادی ET دارای CPU صورت می‌پذیرد، قابلیت اطمینان و سرعت پردازش داده‌ها در سیستم کنترل افزایش‌یافته و در مقابل، دستیابی به این مزایا، افزایش هزینه‌ها و افزایش زمان پیاده‌سازی سیستم کنترل را در پی خواهد داشت. شرکت زیمنس، ETهای دارای CPU و ET های بدون CPU را با واژه CPU در نام‌گذاری از یکدیگر متمایز می‌گرداند، دسته اول در گروه سوم کنترلرهای خانواده SIMATIC و دسته دوم در گروه سیستم‌های I/O توزیع‌شده شرکت زیمنس جای می‌گیرند. محصولات قرارگرفته در هریک از دسته‌های فوق در چارت زیر نشان داده‌شده‌اند.

مطابق چارت فوق، کنترلرهای غیرمتمرکز خانواده SIMATIC از دو کنترلر ET200SP CPU و ET200PRO CPU تشکیل‌شده‌اند که این کنترلرها به لطف طراحی فشرده و درجه حفاظتی بالا می‌توانند به همراه ماژول‌های I/O توزیع‌شده مطابق شکل ‏زیر، به‌سادگی داخل تابلوهای کنترلی کوچک یا در کنار یا روی ماشین‌آلات خطوط تولید نصب گردند. در ادامه، شرح مختصری از قابلیت‌ها و ویژگی‌های این کنترلرهای غیرمتمرکز ارائه می‌گردد.

معرفی و بیان مهم ترین قابلیت های

کنترلرهای ET200SP CPU

کنترلرهای ET200SP CPU، کنترلرهای با IP20 می‌باشند که با نصب شدن داخل تابلوهای کنترلی کوچک، قابل‌استفاده روی ماشین‌آلات و تجهیزات خطوط تولید هستند. این کنترلرهای ماژولار در چهار کلاس استاندارد، ایمن در برابر خرابی، دسترسی باز (به انگلیسی : Open Controller) و ترکیبی از دو کلاس ایمن در برابر خرابی و دسترسی باز، طراحی و عرضه‌شده‌اند و می‌توانند علاوه بر عملکرد مستقل، به‌صورت یک تجهیز هوشمند (به انگلیسی : (Intelligent Device (I-Device) در سیستم‌های کنترل غیرمتمرکز مورداستفاده قرار گیرند. کلاس استاندارد این کنترلرها، از تمامی قابلیت‌های CPU های معادل خود در سری S7-1500 همچون سیستم خطایابی پیشرفته، توابع امنیتی، تابع Trace، وب سرور و… برخوردار می‌باشند. وجود سه پورت پروفی نت به‌صورت پیش‌فرض روی این کنترلرها، امکان قرارگیری آن‌ها در یک توپولوژی خطی را به‌سادگی فراهم می‌نماید. کلاس ایمن در برابر خرابی این کنترلرها از کارایی کنترلرهای معادل خود در سری S7-1500F برخوردار می‌باشند و می‌توان از آن‌ها به‌منظور پردازش هم‌زمان برنامه پروسه و برنامه سیستم ایمنی استفاده نمود. ذکر این نکته نیز لازم است که در این سری از کنترلرها، می‌توان تا ۶۴ ماژول مختلف را روی یک ریل کنار یکدیگر قرار داد. دو نمونه از کنترلرهای ET200SP CPU، کلاس استاندارد و ایمن در برابر خرابی در شکل زیر نشان داده شده است.

کلاس سوم این کنترلرها که در بخش کنترلرهای نرم افزاری به‌طور کامل‌ معرفی می‌گردند، کلاس جدیدی از کنترلرهای غیرمتمرکز می‌باشند که بر پایه سیستم‌های کنترل مبتنی بر کامپیوتر طراحی‌شده‌اند. در این کلاس از کنترلرها، یک کنترلر نرم‌افزاری با اجرا روی سخت‌افزار یک سیستم کامپیوتری که به شکل یک PLC طراحی‌شده است، وظیفه کنترل پروسه را بر عهده می‌گیرد. این کنترلر نرم‌افزاری مستقل از سیستم‌عامل و نرم‌افزارهای تحت ویندوز بوده و حتی در صورت بروز اشکال و ازکارافتادن سیستم‌عامل ویندوز، به‌صورت مستقل به عملکرد خود ادامه می‌دهد و هیچ‌گونه خللی در عملکرد آن ایجاد نمی‌گردد. این امر، امکان پیاده‌سازی یک سیستم کنترل با قابلیت اطمینان بالا و برخوردار از مزایای PLC ها و PC ها را به‌صورت هم‌زمان در قالب یک بسته واحد فراهم می‌آورد. در کلاس چهارم این سری از کنترلرها نیز، دو کلاس ایمن در برابر خرابی و دسترسی باز با یکدیگر ترکیب گردیده‌اند و کنترلری برخوردار از مزایای هر دو کلاس را پدید آورده‌اند. شمای ظاهری یک کنترلر ET200SP CPU از کلاس ترکیبی در شکل زیر نشان داده شده است.

معرفی و بیان مهم ترین قابلیت های

کنترلرهای ET200PRO CPU

کنترلرهای ET200PRO CPU، به‌عنوان کنترلرهایی با درجه حفاظتی بالا (IP65/66/67)، از قابلیت نصب روی ماشین‌آلات و تجهیزات خطوط تولید بدون نیاز به تابلوی کنترل جداگانه برخوردار هستند و می‌توان روی هر ریل تا ۱۶ ماژول مختلف را در کنار یکدیگر مورداستفاده قرار داد. این کنترلرها نیز مشابه کنترلرهای ET200SP CPU، به جهت برخورداری از ساختاری ماژولار و طیف وسیعی از ماژول‌های متنوع همچون ماژول‌های منبع تغذیه، ماژول باس، ماژول الکترونیک، ماژول رابط یا پیوند (به انگلیسی : Connection Module)، ماژول واسط، ماژول‌های RFID و … گزینه‌ای ایده آل جهت استفاده در بسیاری از کاربردهای صنعتی می‌باشند. ارتباط این سری از این کنترلرها با سنسورها و محرک‌ها در سطح پروسه از طریق ماژول‌های پیوند برقرار می‌گردد. هر ماژول پیوند دارای تعدادی پورت ورودی و خروجی است که ارتباط سیگنال‌های ورودی و خروجی با این ماژول را از طریق کانکتورهای M12 برقرار می‌سازند. ماژول CPU نیز در این سری از کنترلرها در دو کلاس استاندارد و ایمن در برابر خرابی طراحی‌شده است و امکان اتصال مستقیم ماژول CPU به شبکه پروفی نت از طریق پورت‌های موجود روی ماژول وجود دارد. در صورت نیاز به اتصال ماژول CPU به شبکه پروفی باس می‌توان از ماژول‌های واسط مربوطه استفاده نمود. شمای ظاهری CPU1516pro F-2PN در شکل زیر نشان داده شده است.

معرفی و بیان مهم ترین قابلیت های

انواع ماژول‌های خانواده ET200

همان‌گونه که بیان گردید، ET های فاقد CPU به‌عنوان سیستم‌های I/O توزیع‌شده در هرم اتوماسیون شرکت زیمنس شناخته می‌شوند و تفاوت اصلی این سری از ET ها با کنترلرهای غیرمتمرکز در آن است که در پیکره‌بندی سیستم‌های I/O توزیع‌شده بجای ماژول CPU، از ماژول‌های IM استفاده می‌گردد. این ET ها با قرارگیری در کنار خطوط تولید و نصب روی ماشین‌آلات و تجهیزات، سیگنال‌های ورودی و خروجی را از سطح پروسه جمع‌آوری و از طریق پروتکل‌های پروفی باس یا پروفی نت به سطح کنترل منتقل می‌نمایند. از جمله قابلیت‌های قابل جالب ارائه‌شده برای اکثر این سری از تجهیزات، امکان تعویض قطعات معیوب به هنگام کارکرد سیستم کنترل (به انگلیسی : Hot Swapping) می‌باشد که این امر، امکان عدم توقف کامل سیستم کنترل را در صورت بروز اشکال در بخشی از آن فراهم می‌نماید.

سیستم‌های I/O توزیع‌شده شرکت زیمنس در یک دسته‌بندی کلی برحسب درجه حفاظتی به دو گروه ET های با IP20 و ET های با IP65/66/67 قابل‌تقسیم می‌باشند. گروه نخست داخل تابلوهای کنترلی کوچکی در کنار خطوط تولید نصب و مورداستفاده قرار می‌گیرند، حال آنکه ET های گروه دوم بدون نیاز به تابلوی کنترلی در کنار یا روی ماشین‌آلات و تجهیزات نصب و راه‌اندازی می‌گردند. از جمله ET های گروه نخست می‌توان به ET200M، ET200MP، ET200SP و ET200iSP اشاره نمود که از این میان، دو سری ET200M و ET200MP به ترتیب بر پایه ماژول‌ها و قطعات ارائه‌شده برای PLC های سری S7-300 و S7-1500 طراحی و توسعه‌یافته‌اند. در این ETها، مجموعه ماژول‌های ارائه‌شده برای PLC های ذکر شده از طریق ماژول‌های واسط خاصی به پیکره‌بندی ریل اصلی سیستم کنترل متصل می‌گردند. شمای ظاهری دو نمونه پیکره‌بندی ET200MP و یک پیکره‌بندی ET200M در شکل زیر نشان داده شده است.

از دیگر ET های با IP20 می‌توان به ET200SP و ET200iSP اشاره نمود که این سیستم‌های I/O توزیع‌شده با ابعادی کوچک، قیمتی مناسب، ساختاری ماژولار و بهره‌مندی از طیف گسترده‌ای از ماژول‌های افزایشی همچون ماژول‌های سیگنال، ماژول‌های تکنولوژی، ماژول‌های واسط، ماژول‌های راه‌اندازی موتور و… انعطاف‌پذیری و قابلیت اطمینان بالا را برای سیستم‌های کنترل به ارمغان می‌آورند. سیستم‌های ET200SP و ET200iSP به ترتیب جهت استفاده در کاربردهای اتوماسیون کارخانه‌ای و اتوماسیون فرآیندی (خصوصاً محیط‌های خطرناک و قابل‌انفجار) طراحی و به بازار عرضه‌شده‌اند.

ET های گروه دوم شامل ET200AL ، ET200pro و ET200eco PN با برخورداری از ساختاری فشرده، مقاوم و قدرتمند، گزینه‌های مناسبی جهت نصب و بهره‌برداری در محیط‌های سخت صنعتی بدون نیاز به تابلوهای کنترل جداگانه می‌باشند. برای هر یک از گروه‌های فوق، طیف وسیعی از ماژول‌ها همچون ماژول‌های سیگنال دیجیتال و آنالوگ، ماژول‌های واسط، منابع تغذیه، ماژول‌های درایو و راه‌انداز موتور، ماژول‌های (Radio Frequency Identification (RFID و… بسته به کاربردهای مختلف طراحی و در دسترس کاربران قرار داده‌شده است. ماژول‌های ذکرشده به‌گونه‌ای طراحی‌شده‌اند که برقراری ارتباط مابین آن‌ها و سایر تجهیزات عمدتاً از طریق کانکتورهای استاندارد M8 ،M12 و M24 صورت می‌پذیرد.