سخت افزار PCS7

سخت افزار PCS7

 

سخت افزار PCS7

 

شرکت زیمنس سامانه های کنترل مختلفی را تحت عنوان Teleperm و PCS7 و در مدل هایی همچون ME، EHF،  MEA و XP جهت کنترل نیروگاه ها، صنایع و کارخانجات ارائه می نماید که در مقاله سامانه کنترل زیمنس به معرفی آنها پرداختیم. در این مقاله قصد داریم به بررسی سخت افزار PCS7 و تجهیزات و ماژول های مورد استفاده در این سامانه را معرفی کنیم.

 

 

به طور کلی ماژول های مورد نیاز در سخت افزار PCS7 عبارتند از:

 

  • رک(Rack)
  • منبع تغذیه(Power Supply)
  • ماژول واحد پردازش مرکزی(CPU)
  • کارت حافظه(Memory Card)
  • ماژول های ورودی(Input Modules)
  • ماژول های خروجی(Output Modules)
  • کارت های ارتباطی و شبکه (Communication Processor) CP 
  • ماژول واسط(Interface Module)
  • ماژول تابع(Function Module)

 

 

رک (Rack)

ماژول های سخت افزار معمولا روی رک نصب می شوند. در ساختار PCS7 که از تجهیزات و ماژول های خانواده S7-400 استفاده می شود لازم است که این ماژول ها بر روی رک های مخصوص خانواده S7-400 نصب شوند.

شکل زیر یک نمونه از رک های مربوط به خانواده S7-400 را نشان می دهد.

 

 

 

منبع تغذیه (Power Supply)

منبع تغذیه از ماژول های بسیار مهم در سخت افزار PCS7 و طراحی سامانه های DCS است زیرا با استفاده از این ماژول، تغذیه ی سایر ماژول ها تامین می شود. این منبع تغذیه معمولا از ولتاژهای V AC120/230 تغذیه شده و ولتاژهای 5 و 24 ولت را ایجاد می نماید. ساختار این منابع تغذیه از نوع سوئیچینگ بوده و ولتاژ آنها کاملا تثبیت شده است.

 

 

 

ماژول واحد پردازش مرکزی(CPU)

ماژول CPU در واقع بخش اصلی یک کنترل کننده و مهمترین جزء در سخت افزار PCS7 می باشد. CPU اطلاعات دریافتی توسط ماژول های ورودی را مطابق با برنامه ای که کاربر نوشته است پردازش کرده و نتایج حاصل از پردازش را به خروجی ها ارسال می نماید. در شکل زیر نمونه ای از CPU های خانواده S7-400  را مشاهده می کنید.

 

 

عملکرد CPU به این صورت است که ابتدا وضعیت تمام ورودی ها را به طور یکجا خوانده و در مکانی از حافظه به نام PII (Process Image Input)(تصویر ورودی ها) ذخیره می نماید و سپس شروع به پردازش نموده و در حین اجرا به ورودی ها مراجعه نمی کند و برای اطلاع از وضعیت هر ورودی از داده های PII استفاده می نماید.

لازم به ذکر است که اگر در طول اجرای برنامه تغییراتی در وضعیت ورودی ها حاصل شود، این تغییرات تا پایان اجرای برنامه به PII منتقل نمی شود. هنگامی که CPU در حال اجرای برنامه است نتایج حاصله را در مکانی به حافظه PIQ (Process Image Output)(تصویر خروجی ها) می نویسد و در پایان، بعد از اجرای برنامه نتایج به صورت یکجا به خروجی ها ارسال می شود.

به همین ترتیب و به صورت سیکلی این روند انجام می شود که اصطلاحا به آن سیکل اسکن(Scan Sycle) می گویند. خواندن ورودی ها و ارسال خروجی ها به صورت یکجا باعث صرفه جویی قابل توجهی در زمان و کاهش زمان سیکل اسکن می شود.

نکته خاصی که در این جا باید مورد توجه قرار داد این است که شرکت زیمنس علاوه بر ماژول های مربوط به شبکه های صنعتی، بر روی CPU ها نیز قابلیت های شبکه ای قرار داده است. به عبارت دیگر در DCS زیمنس به جای استفاده از ماژول های شبکه جداگانه، می توان از CPU هایی استفاده کرد که قابلیت شبکه شدن را دارند. بسیاری از مهندسین سامانه های کنترل و شبکه های صنعتی ترجیح می دهند از CPU هایی استفاده نمایند که قابلیت شبکه شدن را دارا باشند. البته ناگفته نماند که این انتخاب به دلیل ساده سازی در برنامه نویسی و پیکربندی سامانه کنترل و شبکه های صنعتی بوده و از دیدگاه امنیتی نمی باشد.

شکل زیر یک نمونه CPU S7-400 را ملاحظه می کنید که به شبکه های پروفی باس و اترنت صنعتی مجهز می باشد.

 

 

 

کارت حافظه (Memory Card)

حافظه محلی است که علاوه بر سیستم عامل، اطلاعات و برنامه نوشته شده توسط کاربر نیز در آن قرار می گیرد. در CPU های خانواده S7 ارائه شده توسط کمپانی زیمنس، حافظه ها به 4 بخش تقسیم می شود که عبارتند از:

  1. Load Memory (حافظه بارگذاری): در این بخش از حافظه، برنامه نوشته شده توسط کاربر قرار می گیرد.
  2. Work Memory (حافظه کاری): در این بخش از حافظه، تنها آن قسمت از برنامه که قرار است اجرا شود قرار می گیرد.
  3. System Memory (حافظه سیستمی): این بخش از حافظه مربوط به بلوک های سیستمی، جداول PII و PIQ، بیت های حافظه، تایمرها، شمارنده ها و …. می باشد.
  4. Retentive Memory (حافظه ماندگار): این بخش از حافظ زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که لازم است محتویات حافظه پاک نشود لذا اطلاعات مورد نیاز را با انجام تنظیمات، در این بخش از حافظه قرار می دهیم.

 

لازم به ذکر است که برای جلوگیری از پاک شدن اطلاعات مورد نظر، می توان از باتری پشتیبان و یا از کارت های حافظه FEPROM استفاده کرد.

در شکل زیر نمونه ای از کارت های حافظه ی زیمنس را ملاحظه می کنید.

 

 

 

ماژول های ورودی (Input Modules)

در واحدهای صنعتی اطلاعات فرآیند به دو صورت دیجیتال و آنالوگ وجود دارد. ماژول های ورودی، اطلاعات فرایند را دریافت به جهت پردازش به CPU تحویل می دهند. به طور کلی ورودی هایی که در سامانه های PLC و DCS مورد استفاده قرار می گیرند به دو صورت می باشند.

الف) ورودی های دیجیتال

ب) ورودی های آنالوگ

 

الف) ورودی های دیجیتال

ماژول هایی که توسط آنها صرفا ورودی های دیجیتال مربوط به فرآیند دریافت می شود را ماژول های ورودی دیجیتال می نامند و معمولا به دو صورت 24 ولت DC و 120/230 ولت AC بوده و دارای 8، 16 و یا 32 ترمینال ورودی می باشند. معمولا برای اینکه مواردی از قبیل اضافه ولتاژ و همچنین نویزهای موجود در واحدهای صنعتی تاثیری بر مدارات داخلی ماژول نداشته باشند، از کوپلرهای نوری در داخل این ماژول ها استفاده می شود.

از طرفی در این ماژول ها به دلیل وجود لرزش های مکانیکی سوئیچ ها در لحظه قطع و وصل شدن، از یک مدار لرزش گیر استفاده می شود. از سیگنال های دیجیتالی که از سایت ارسال و توسط این ماژول ها دریافت می شوند می توان به سوئیچ های سطح(Level Switch) اشاره کرد.

 

 

ب) ورودی های آنالوگ

ماژول هایی که توسط آنها صرفا ورودی های آنالوگ مربوط به فرایند دریافت می شود را ماژول های آنالوگ می نامند و معمولا به صورت 8، 12، 14 و 16 بیتی می باشند. این ماژول ها توسط یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (A/D) سیگنال های دریافتی را به فرمت دیجیتال که قابل پردازش توسط CPU باشد تبدیل می نمایند.

از جمله تحهیزاتی که به ماژول های وروردی آنالوگ متصل می شوند می توان به ترانسمیتر های ولتاژی و جریانی، ترموکوپل ها و حسگرهای مقاومتی دما اشاره کرد.

 

 

در واحدهای صنعتی معمولا اطلاعات فرآیند به صورت سیگنال های استاندارد 4 تا 20 میلی آمپر به DCS ارسال می شود؛ علاوه بر سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر، سیگنال ها دیگری نیز وجود دارند که برخی از آنها عبارتند از:

  • 0-10VDC 
  • 1-5VDC 
  • 0-20mA 

البته امروزه در بسیاری از کاربرد ها از شبکه های فیلدباس استفاده می شود که در واقع تجهیزات سطح فیلد را به صورت شبکه با هم مرتبط ساخته و اطلاعات هر تجهیز ابزاردقیق را در بستر شبکه به کنترل کننده ارسال می نماید.

 

 

 

ماژول های خروجی (Output Modules)

اطلاعات فرایندی که توسط ماژول های ورودی به CPU جهت پردازش تحویل داده شد، از طریق ماژول های خروجی به تجهیزات در سطح فیلد داده می شوند. این ماژول ها نیز مانند ماژول های ورودی دارای دو نوع می باشند:

الف) خروجی های دیجیتال

ب) خروجی های آنالوگ

 

 

الف) خروجی های دیجیتال

ماژول های خروجی دیجیتال تولید شده توسط کمپانی زیمنس معمولا به دو صورت 24V DC (ترانزیستوری) و رله ای موجود می باشند.

 

ب) خروجی آنالوگ

در ساختار داخلی ماژول های خروجی آنالوگ یک مبدل دیجیتال به آنالوگ وجود دارد که اطلاعات پردازش شده توسط CPU که به صورت دیجیتال است را به سیگنال آنالوگ مورد نیاز برای کنترل فرایند تبدیل می نماید. در این ماژول ها نیز برای ارسال اطلاعات به تجهیزات سطح فیلد از ولتاژ و جریان های استاندارد استفاده می شود که معمولا در بسیاری از موارد سیگنال های 4 تا 20 میلی آمپر مورد استفاده قرار می گیرند.

 

 

کارت های ارتباطی و شبکه (Communication Processor) CP 

همانطور که می دانیم در ساختار یک سامانه کنترل صنعتی بسترهای ارتباطی مختلفی برای تبادل اطلاعات وجود دارد. امروزه در شبکه های کامپیوتری، اترنت از محبوبیت بالایی برخوردار بوده و در بسیاری از سازمان ها و صنایع مورد استفاده قرار می گیرد؛ در ساختار یک سامانه کنترل صنعتی علاوه بر اترنت، شبکه های دیگری نیز برای ارتباط بخش های مختلف سامانه های کنترل وجود دارند که برخی از آنها عبارتند از:

  • Profibus
  • DNP3
  • AS-Interface
  • Modbus

همانطور که در شبکه های کامپیوتری برای ارتباط هر وسیله ای با وسایل دیگر به کارت شبکه اترنت نیاز داریم در شبکه های صنعتی نیز برای برقراری ارتباط بین تجهیزات مختلف لازم است که کارت شبکه مخصوص به آن شبکه بر روی تجهیز مورد نظر نصب و پیکربندی شده باشد.

هر کارت مخصوص یک شبکه طراحی شده است؛ به عنوان نمونه برای ایجاد یک شبکه پروفی باس باید CP مخصوص به آن را انتخاب نمائیم. در واقع می توان گفت استفاده از شبکه های صنعتی باعث به وجود آمدن سامانه های DCS شده اند. در سامانه PCS7 زیمنس وجود شبکه های Profibus و Profinet باعث به وجود آمدن این ساختار شده است. کما اینکه در شکل زیر نیز نمایی از سخت افزار PCS7 زیمنس را با وجود شبکه های صنعتی نشان می دهد.

 

 

همچنین در تصویر زیر یک نمونه کارت شبکه اترنت صنعتی زیمنس را نیز مشاهده می کنید.

 

 

 

ماژول واسط (Interface Module)

از آنجا که در برخی از کاربردها تعداد ورودی ها و خروجی های فرآیند افزایش می یابد و نیاز به فضای بیشتری جهت نصب ماژول های ورودی و خروجی است، لذا در این گونه موارد از این ماژول ها استفاده می شود. کمپانی زیمنس علاوه بر رک اصلی، نوع دیگری از رک را تولید و به بازار عرضه نموده است که توسط آنها می توان ماژول های ورودی و خروجی بیشتری را مورد استفاده قرار داد.

رک های توسعه زمانی استفاده می شوند که فضای کافی برای نصب ماژول های ورودی و خروجی و حتی ماژول های ارتباطی روی رک اصلی محدود باشد. حال برای برقراری ارتباط بین رک اصلی و رک های توسعه بایستی یک ماژول ارتباطی واسط وجود داشته باشد که در این حالت از ماژول واسط(IM) استفاده می شود.

شکل زیر نمونه ای از این ماژول واسط از خانواده S7-400 را مشاهده می کنید.

 

 

 

ماژول تابع (Function Module) 

ماژول های تابع دارای قابلیت پردازش بوده و به نوعی می توان گفت یک CPU مستقل هستند و دارای قابلیت پیکربندی و برنامه ریزی می باشند. این نوع ماژول ها در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • کنترل حلقه بسته
  • کنترل موقعیت
  • شمارش
  • کنترل سروو موتور
  • کنترل موتورهای پله ای

در شکل زیر یک نمونه FM Module را مشاهده می کنید.

 

 

در پایان امیدواریم از این مقاله بهره کافی را برده باشید.

واحد آموزش – گروه صنعتی نوین کنترل

 

ارسال نظر

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

پروژه ها


دستگاه های مولتی دریل
دستگاه های وایندر
خطوط ذوب ریسی
خطوط تولید استرچ متال
دستگاه های پاساژ
سیستم های بوستر پمپ

اطلاعات تماس


ساعات کاری


شنبه
8:00 تا 16:00
یک شنبه
8:00 تا 16:00
دو شنبه
8:00 تا 16:00
سه شنبه
8:00 تا 16:00
چهار شنبه
8:00 تا 16:00
پنج شنبه
8:00 تا 14:00
جمعه
تعطیل

درباره ما


گروه صنعتی نوین کنترل با بهرمندی از هسته مهندسی در زمینه مشاوره، طراحی، ساخت و اجرای سیستم های برق قدرت،اتوماسیون صنعتی و ابزاردقیق فعالیت می کند.

ایمیل:NovinControl.Co@yahoo.com

تلفن: 55239280-9831+

پروژه ها


دستگاه های مولتی دریل
دستگاه های وایندر
خطوط ذوب ریسی
خطوط تولید استرچ متال
دستگاه های پاساژ
سیستم های بوستر پمپ

تمامی حقوق مادی و معنوی این سایت برای گروه صنعتی نوین کنترل محفوظ می باشد.

error: Content is protected !!