PLCهای سری S7-1200

شرکت زیمنس به‌منظور کنترل پروسه‌های کوچک تا سطح متوسط صنعتی، کنترلرهای S7-200‌ را در سال ۱۹۹۵ طراحی و به بازار عرضه نمود. این کنترلر‌ها که به دو صورت کامپکت و ماژولار طراحی‌شده بودند، حداکثر از قابلیت پردازش ۲۴۸ ورودی و خروجی برخوردار بودند و برنامه‌نویسی این سری از کنترلرها از طریق نرم‌افزار STEP7 Micro/Win صورت می‌پذیرفت. شمای ظاهری چند نمونه از PLC سری S7-200 در شکل ‏زیر نشان داده شده است.

مشکلات موجود در نرم‌افزار برنامه‌نویسی این سری از PLCها همچون عدم کاربرپسندی، عدم برخورداری از شبیه‌ساز داخلی و خطایابی دشوار، سبب عدم استقبال مناسب مشتریان از S7-200 گردید و شرکت زیمنس PLCهای سری S7-1200 را در سال ۲۰۰۹ به‌عنوان جایگزین آن‌ها به بازار معرفی نمود. S7-1200، با برخورداری از ابعادی کوچک و ظاهری شکیل، کیفیت مناسب، برنامه‌نویسی داخل پرتال TIA و بهره‌مندی از ویژگی‌ها و توابع یکپارچه آن، امکان اتصال به انواع شبکه‌های صنعتی و عیب‌یابی سریع و آسان توانست موفقیت مناسبی در بازار کسب نماید.شمای ظاهری PLC های S7-1200 به‌عنوان نسل جایگزین S7-200 در شکل زیر نشان داده شده است

PLC های سری S7-1200 که روی ریل استاندارد DIN 35mm به‌صورت افقی یا عمودی قابل‌نصب می‌باشند، دارای ۵ مدل CPU استاندارد بنام‌های CPU1211C ،CPU1212C ،CPU1214C ،CPU1215C و CPU1217C و سه مدل CPU ایمنی بنام‌های CPU1212FC ،CPU1214FC و CPU1215FC می‌باشند که هرکدام بسته به سطوح ولتاژ کار و نوع کنتاکت های خروجی به سه دسته DC/DC/DC ،DC/DC/Relay و AC/DC/Relay تقسیم می‌گردند. در این تقسیم‌بندی سه نوع ولتاژ به ترتیب نمایانگر ولتاژ تغذیه PLC، ولتاژ کار ورودی‌های دیجیتال و ولتاژ کار/نوع خروجی‌های دیجیتال موجود روی کنترلر می‌باشد. ضمناً CPUهای استاندارد در کلاس SIPLUS نیز برای شرایط سخت محیط‌های خاص صنعتی موجود می‌باشند و این سری از PLCها قادر به کار در شرایطی همچون بازه دمایی ۲۵- تا ۷۰+ درجه سانتی‌گراد، محیط با رطوبت بسیار زیاد و ایجاد میعان روی قطعات کنترلر، تغییرات زیاد ولتاژ ورودی، تنش‌های شدید مکانیکی و… می‌باشند. وجود حرف “C” در نام‌گذاری CPU، به معنای کامپکت بودن CPU و وجود ورودی- خروجی‌های مجتمع شده روی آن و وجود حرف “F”، معرف نسخه‌ ایمنی CPU های کلاس استاندارد می‌باشد. روی تمامی CPUهای فوق پورت پروفی نت تعبیه‌شده است که از طریق این پورت و به کمک یک کابل شبکه استاندارد یا کراس CAT5، امکان ارتباط آسان با سایر تجهیزات دارای این پورت و ارتباط با کامپیوتر جهت دانلود، آپلود و عیب‌یابی برنامه فراهم می‌گردد.شمای ظاهری CPU1215C به همراه چند ماژول‌های افزایشی در شکل زیر نشان داده شده است .

در PLCهای سری S7-1200، بسته به مدل CPU از ۱۰ تا ۲۴ ورودی و خروجی دیجیتال و دو کانال ورودی آنالوگ با حد تفکیک ۱۰ بیت، به‌صورت مجتمع روی کنترلر وجود دارد و حداکثر هشت ماژول‌های افزایشی شامل ماژول‌های ورودی و خروجی دیجیتال، ماژول‌های ورودی و خروجی آنالوگ و ماژول‌های افزایشی خاص را می‌توان به سمت راست CPU و تا سه ماژول ارتباطی شبکه را به سمت چپ آن اضافه نمود. همچنین روی S7-1200، قابلیت‌هایی همچون شمارنده‌های سریع (به انگلیسی : (High Speed Counter (HSC)، مولد پالس با دو مُد کاری مدولاسیون پهنای پالس (به انگلیسی : (Pulse Width Modulation (PWM) و قطار پالس وجود دارد. قسمت‌های تشکیل‌دهنده یک نمونه PLC سری S7-1200 در شکل ‏زیر نشان داده شده است.

برای PLCهای S7-1200، ماژول‌های افزایشی متنوعی طراحی‌شده است. ماژول‌های افزایشی دیجیتال که به‌صورت ۸، ۱۶ و ۳۲ کانال موجود می‌باشند، در چهار گروه SM1221 (ماژول‌های ورودی دیجیتال)، SM1222 (ماژول‌های خروجی دیجیتال)، SM1223 (ماژول‌های ترکیبی ورودی-خروجی دیجیتال) و SM1226 (ماژول‌های ورودی و خروجی ایمن در برابر خرابی) ارائه‌شده‌اند. ماژول‌های افزایشی آنالوگ نیز که به‌صورت ۲، ۴ و ۸ کانال با رزولوشن‌های مختلف و به سه شکل ولتاژی، جریانی و مقاومتی موجود می‌باشند، در سه گروه SM1231 (ماژول‌های ورودی آنالوگ)، SM1232 (ماژول‌های خروجی آنالوگ) و SM1234 (ماژول‌های ترکیبی ورودی-خروجی آنالوگ) ارائه‌شده‌اند و از تنوع مناسبی برخوردار می‌باشند. ذکر این نکته لازم است که در تمامی PLC های سری S7، ماژول‌های سیگنال ایمن در برابر خرابی را تنها می‌توان با CPU هایی از همین نوع مورداستفاده قرار داد و CPU های استاندارد از این ماژول‌ها پشتیبانی نمی‌نمایند ولی عکس این موضوع برقرار نمی‌باشد. به‌بیان‌دیگر، CPU های ایمن در برابر خرابی از ماژول‌های سیگنال استاندارد و ایمن در برابر خرابی پشتیبانی می‌نمایند. از نکات جالب‌توجه در بخش ماژول‌های آنالوگ این سری از PLCها، ارائه ماژول‌های اندازه‌گیری میزان مصرف انرژی در گروه SM1238 می‌باشد که این ماژول‌ها با اندازه‌گیری ولتاژ و جریان مصرفی یک ماشین، اطلاعاتی را فراهم می‌آورد که به کمک این اطلاعات و قابلیت‌های فراهم‌شده در پرتال TIA، امکان مدیریت مصرف انرژی برای هر دستگاه یا ماشین به‌سادگی میسر می‌گردد. از دیگر ماژول‌های پرکاربرد ارائه‌شده برای S7-1200، ماژول‌های توزین سریSIWAREX می‌باشند که به کمک این ماژول‌های تابع، امکان پیاده‌سازی انواع سیستم‌های توزین به‌سادگی فراهم می‌گردد. ضمناً به‌منظور انعطاف‌پذیری بیشتر در چیدمان ماژول‌های افزایشی، امکان قرار دادن ماژول‌ها در دو ریل جداگانه و برقراری ارتباط CPU و ماژول‌های افزایشی از طریق کابل‌های واسط با حداکثر طول دو متر طبق شکل ذیل فراهم گردیده است.

امکان استفاده از بُردهای افزایشی شامل بردهای سیگنال (به انگلیسی : (Signal Board (SB)، برد باتری (به انگلیسی : (Battery Board (BB) و بردهای ارتباطی (به انگلیسی : (Communication Board (SB)، قابلیت جدید دیگری است که برای کنترلرهای سری S7-1200 ارائه گردیده است و از این طریق می‌توان، قابلیت‌های CPU را بدون تغییر در ابعاد به‌دلخواه کاربر افزایش داد. با استفاده از این قابلیت می‌توان، یک برد سیگنال (SB) را به‌دلخواه از میان گروه‌های SB1221 (ماژول‌های ورودی دیجیتال)، SB1222 (ماژول‌های خروجی دیجیتال)، SB1223 (ماژول‌های ترکیبی دیجیتال)، SB1231 (ماژول‌های ورودی آنالوگ) و SB1232 (ماژول‌های خروجی آنالوگ) انتخاب و به ساختار کامپکت PLC اضافه نمود. برد باتری (BB) امکان کارکرد طولانی‌مدت ساعت داخلی PLC را در صورت قطع برق فراهم می‌آورد و بردهای ارتباطی CPU را به انواع شبکه‌های صنعتی بسته به کاربرد متصل می‌نمایند. در شکل ‏زیر ، یک نمونه برد سیگنال و محل نصب آن روی PLC نشان داده شده است.

S7-1200 از قابلیت برقراری ارتباط با انواع شبکه‌های صنعتی همچون پروفی نت، پروفی باس، ‌مُد باس، پروتکل (Actuator-Sensor Interface (ASI، پروتکل سریال (Univerisal Serial Service (USS، پروتکلهای بی سیم همچون (General Packet Radio Service (GPRS و … از طریق ماژول‌ها و بردهای ارتباطی ارائه‌شده برخوردار می‌باشد و حداکثر تا سه ماژول ارتباطی می‌تواند روی ریل اصلی طبق شکل زیر به سمت چپ CPU متصل گردد.

برنامه‌نویسی این سری از PLCها داخل پرتال TIA با نرم‌افزار STEP7 صورت می‌پذیرد و این امر امکان استفاده از قابلیت‌های ممتاز پرتال TIA همچون امکان استفاده از برخی از توابع تکنولوژی مانند شمارش سریع، توابع کنترلی حلقه باز سرعت، کنترل موقعیت موتورهای پله‌ای یا سرو موتورها، کاربردهای ساده کنترل حرکت و حلقه‌های کنترلی PID با قابلیت تنظیم خودکار پارامترهای Ti,Td,K (به انگلیسی : Auto Tuning) را برای S7-1200 فراهم می‌نماید. ضمناً این سری از PLCها دارای حافظه بارگذاری داخلی از نوع غیرفرّار می‌باشند اما می‌توان به‌منظور افزایش حافظه بارگذاری، انتقال برنامه به PLC یا به‌روزرسانی میان‌افزار PLC از کارت حافظه استفاده نمود. مهم‌ترین قابلیت‌ها و ویژگی‌های PLCهای سری S7-1200 به‌اختصار ‏و ماکزیمم پیکره‌بندی آن‌ها در شکل های زیر نشان داده شده است.