در این مطلب قصد داریم به معرفی معرفی اجزای PLC زیمنس بپردازیم. پی ال سی زیمنس به عنوان قلب سیستم های اتوماسیون صنعتی، مجموعه ای از اجزای سخت افزاری و نرم افزاری است که هرکدام نقش مشخصی در پایداری، دقت و قابلیت اطمینان فرآیند ایفا می کنند.
برخلاف تصور رایج، تمام اجزای PLC به یک اندازه قابل تعویض نیستند. برخی قطعات به سادگی و بدون تغییر در پروژه جایگزین می شوند، در حالی که برخی دیگر به قدری با ساختار PLC گره خورده اند که تعویض آن ها عملاً به معنی تغییر هویت سیستم است.
شناخت این تفاوت ها برای طراحان تابلو، مهندسان اتوماسیون و حتی خریداران تجهیزات صنعتی اهمیت مهمی دارد، زیرا تصمیم گیری اشتباه در این زمینه می تواند باعث توقف طولانی خط تولید، افزایش هزینه تعمیرات و حتی شکست کل پروژه شود.
خرید تجهیزات از تأمین کنندگان تخصصی PLC زیمنس مانند زیمنس نوین باعث می شود هم اصالت قطعات تضمین شود و هم در انتخاب ساختار صحیح، مشاوره فنی دریافت شود. برای اطلاعات بیشتر همین حالا با ما در زیمنس نوین تهران تماس بگیرید.
نگاه کلی به ساختار PLC زیمنس
در ساده ترین تعریف، PLC زیمنس از یک واحد پردازش مرکزی، ماژول های ورودی و خروجی، بخش تغذیه، سیستم ارتباطی و لایه نرم افزاری تشکیل شده است. این اجزا در PLCهای کامپکت مانند S7-1200 به صورت فشرده تر و در PLCهای ماژولار مانند S7-1500 به شکل انعطاف پذیرتر کنار هم قرار می گیرند.
نکته کلیدی این است که هرچه یک جزء به CPU نزدیک تر و وابسته تر باشد، قابلیت تعویض آن کمتر می شود. در مقابل، اجزایی که نقش واسط یا توسعه ای دارند، معمولاً با ریسک بسیار کمتری قابل جایگزینی هستند.
جدول معرفی اجزای اصلی PLC زیمنس
| جزء اصلی | مدل مرجع (رایج) | عملکرد اصلی | توضیحات تخصصی |
|---|---|---|---|
| واحد پردازش مرکزی (CPU) | CPU 1214C / CPU 1511 | هسته پردازشی برنامه، منطق کنترلی و اجرای دستورات. | شامل حافظه کاری، حافظه ذخیره سازی برنامه، و واحد زمان بندی است. نرخ اسکن و ظرفیت حافظه تعیین کننده قدرت آن است. |
| منبع تغذیه (PS) | PM 1207 / PSU 1500 | تبدیل ولتاژ ورودی (معمولاً ۲۳۰V AC یا ۲۴V DC) به ولتاژهای مورد نیاز داخلی (مثلاً ۲۴V DC). | وظیفه تأمین برق پایدار و ایزوله شده برای کل رک PLC و ماژول ها را بر عهده دارد. نویزپذیری پایین مهم است. |
| ماژول های ورودی دیجیتال (DI) | SM 1231 / IM 155-5 PN | دریافت سیگنال های روشن/خاموش (Binary) از سنسورها یا کلیدها. | وظیفه فیلتر کردن نویز ورودی و تبدیل سیگنال فیزیکی به بیت های منطقی قابل پردازش توسط CPU. |
| ماژول های خروجی دیجیتال (DO) | SM 1232 / IM 155-5 PN | ارسال سیگنال های فرمان (Binary) برای عملگرها (مانند رله ها، چراغ ها یا شیرهای برقی). | باید توانایی سوئیچینگ جریان و ولتاژ مورد نیاز عملگرها را داشته باشد. |
| ماژول های ورودی آنالوگ (AI) | SM 1231 AI | دریافت سیگنال های پیوسته (۰-۱۰V یا ۴-۲۰mA) از سنسورهایی مانند ترانسمیترهای فشار و دما. | دارای مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) با رزولوشن بالا (معمولاً ۱۲ تا ۱۶ بیت) برای دقت اندازه گیری. |
| ماژول های خروجی آنالوگ (AO) | SM 1232 AO | ارسال سیگنال های کنترلی پیوسته برای عملگرهایی مانند شیرهای کنترلی تناسبی یا درایوهای سرعت. | دارای مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) برای تولید ولتاژ یا جریان خروجی دقیق. |
| ماژول های ارتباطی (Communication) | CM 1241 (RS232/RS485) | برقراری ارتباط با دستگاه های خارجی از طریق پروتکل های سریال یا شبکه های صنعتی. | معمولاً برای ارتباط با کارت های دما، نمایشگرها (HMI) یا سیستم های قدیمی تر استفاده می شود. |
| ماژول های رابط شبکه (Interface Modules) | PN Interface (در سری ۱۵۰۰) | امکان اتصال PLC به شبکه های صنعتی استاندارد مانند Profinet یا EtherNet/IP. | در سری ۱۵۰۰، این قابلیت اغلب در خود CPU تعبیه شده است. تنظیمات آدرس دهی IP و نام دستگاه مهم است. |
| کارت های موقعیت یابی (Technology) | TM PosInput | اجرای سریع و دقیق دستورات کنترلی حرکت (Motion Control). | برای کاربردهای سروو درایو و پوزیشن دهی دقیق، سرعت پاسخ دهی این ماژول ها بالاتر از CPU استاندارد است. |
اجزای PLC زیمنس – قابل تعویض ها
برخی از اجزای PLC زیمنس به گونه ای طراحی شده اند که تعویض آن ها ساده، سریع و کم هزینه باشد. این موضوع به خصوص در محیط های صنعتی که توقف خط تولید هزینه بر است، اهمیت دوچندان پیدا می کند.
ماژول های ورودی و خروجی دیجیتال و آنالوگ
ماژول های I/O پرمصرف ترین و در عین حال مستعدترین بخش PLC برای خرابی هستند. ورودی های دیجیتال به دلیل اتصال مستقیم به سنسورها و خروجی های دیجیتال به دلیل فرمان دهی به کنتاکتورها و رله ها، بیشتر در معرض آسیب قرار دارند. در PLCهای ماژولار زیمنس، این ماژول ها کاملاً مستقل از CPU طراحی شده اند و در صورت یکسان بودن کد فنی، می توان آن ها را بدون تغییر در برنامه تعویض کرد.
در ماژول های آنالوگ هم اگر مشخصات سیگنال، رزولوشن و Order Number یکسان باشد، تعویض ماژول بدون نیاز به تغییر منطق کنترلی انجام می شود. همین ویژگی باعث می شود طراحان حرفه ای همیشه ماژول های یدکی را در انبار نگه دارند.
کانکتورها و ترمینال ها
کانکتورها ساده ترین اما پرمصرف ترین قطعات PLC هستند. در بسیاری از موارد، خرابی گزارش شده به PLC در واقع ناشی از شل شدن، سولفاته شدن یا شکستگی ترمینال هاست. زیمنس این بخش را کاملاً مکانیکی و جداشونده طراحی کرده تا بدون دخالت در سخت افزار اصلی و بدون نیاز به نرم افزار، به راحتی تعویض شوند.
این موضوع به ویژه در خطوطی که لرزش یا رطوبت بالا دارند، اهمیت زیادی دارد.
کارت حافظه و مدیای ذخیره سازی
کارت حافظه در PLC زیمنس نقش کلیدی در ذخیره برنامه، داده ها و حتی سیستم عامل دارد. مزیت بزرگ این بخش آن است که در صورت خرابی CPU، می توان با قرار دادن کارت حافظه روی یک CPU سالم و هم مدل، سیستم را در کوتاه ترین زمان ممکن راه اندازی کرد.
به همین دلیل، کارت حافظه یکی از معدود اجزایی است که هم کاملاً قابل تعویض است و هم نقش مهم در کاهش زمان توقف سیستم دارد.
اجزای PLC زیمنس که قابلیت تعویض دارند اما وابسته به شرایط هستند
برخی اجزای PLC زیمنس در ظاهر قابل تعویض اند، اما در عمل نیازمند بررسی دقیق مشخصات فنی، سازگاری نرم افزاری و محدودیت های سخت افزاری هستند.
پاور ساپلای و منبع تغذیه
پاور ساپلای شاید ساده به نظر برسد، اما در واقع یکی از حساس ترین اجزای PLC است. تعویض پاور تنها در صورتی بی خطر است که ولتاژ خروجی، جریان نامی و کیفیت فیلترینگ دقیقاً مطابق مشخصات زیمنس باشد. استفاده از پاور بی کیفیت یا نامتناسب، حتی اگر PLC روشن شود، در بلندمدت باعث آسیب به CPU و ماژول ها خواهد شد.
در بسیاری از خرابی های ناگهانی PLC، ریشه مشکل به پاور ساپلای نامناسب بازمی گردد.
ماژول های توسعه در PLCهای کامپکت
در PLCهای کامپکت مانند S7-1200، امکان افزودن ماژول وجود دارد اما این امکان محدود است. هر CPU فقط تعداد مشخصی ماژول و مدل خاصی از آن ها را پشتیبانی می کند. بنابراین تعویض یا افزودن ماژول بدون بررسی جدول Compatibility زیمنس می تواند باعث شناسایی نشدن سخت افزار یا بروز خطای سیستمی شود.
تجهیزات ارتباطی و شبکه
کارت ها و ماژول های ارتباطی معمولاً قابل تعویض هستند، اما این تعویض همیشه با تغییر در تنظیمات نرم افزاری همراه است. تغییر آدرس شبکه، تنظیمات پروتکل و حتی ساختار دیتابلاک ها ممکن است لازم شود. در پروژه هایی با شبکه های پیچیده، این موضوع می تواند زمان بر و حساس باشد.
پنل های اپراتوری و HMI
HMI از نظر سخت افزاری مستقل از PLC است، اما از نظر منطقی به آن وابسته است. تعویض یک پنل اپراتوری معمولاً نیازمند دانلود مجدد پروژه، تنظیم ارتباط و تطبیق آدرس هاست. اگرچه این کار امکان پذیر است، اما بدون دانش نرم افزاری مناسب می تواند باعث خطاهای عملیاتی شود.
اجزای غیرقابل تعویض یا هویت ساز PLC زیمنس
برخی اجزا آن قدر با ساختار PLC درهم تنیده اند که تعویض آن ها عملاً به معنی جایگزینی کل PLC است.
CPU یا واحد پردازش مرکزی
CPU مغز PLC است و همه چیز حول آن شکل می گیرد. نوع CPU تعیین کننده سرعت پردازش، ظرفیت حافظه، تعداد تایمرها و حتی نوع ماژول های قابل استفاده است. تعویض CPU نه تنها نیازمند دانلود مجدد برنامه است، بلکه ممکن است ساختار کل پروژه را تغییر دهد.
در بسیاری از موارد، ارتقای CPU به مدل بالاتر ساده نیست و نیازمند بازطراحی پروژه است.
سیستم عامل و Firmware
Firmware به صورت اختصاصی روی CPU نصب می شود و به آن قفل است. این بخش قابل انتقال یا تعویض مستقل نیست. حتی اختلاف نسخه Firmware می تواند باعث ناسازگاری با برخی ماژول ها یا نسخه های TIA Portal شود.
به همین دلیل، Firmware را باید بخشی از هویت غیرقابل تعویض PLC دانست.
باس داخلی و ساختار سخت افزاری
در PLCهای ماژولار، باس داخلی تعیین می کند که چه تعداد ماژول، با چه سرعتی و در چه ترتیبی قابل استفاده هستند. این ساختار سخت افزاری قابل تغییر یا ارتقا نیست و مستقیماً به طراحی CPU وابسته است.
اهمیت این دسته بندی در طراحی و خرید PLC زیمنس
طراح حرفه ای کسی است که بداند کدام بخش ها در آینده احتمال خرابی یا تغییر دارند و آن ها را ماژولار انتخاب کند. انتخاب درست CPU، پیش بینی توسعه آینده و استفاده از قطعات اورجینال، سه عامل کلیدی در کاهش هزینه های بلندمدت هستند.
در این مسیر، خرید تجهیزات از تأمین کنندگان تخصصی PLC زیمنس مانند زیمنس نوین باعث می شود هم اصالت قطعات تضمین شود و هم در انتخاب ساختار صحیح، مشاوره فنی دریافت شود.
نکات مهم در نصب و پیکربندی اجزای پی ال سی زیمنس
- نویزگیری ورودی/خروجی: برای ماژول های آنالوگ، استفاده از کابل های شیلددار و اتصال صحیح شیلد به زمین (Ground) در نقطه مناسب (معمولاً در تابلوی کنترل یا نقطه زمین اصلی) برای کاهش نویز بسیار ضروری است.
- تغذیه: همیشه مطمئن شوید که منبع تغذیه (PS) ظرفیت کافی برای تأمین جریان پیک (Peak Current) تمام ماژول ها و همچنین عملگرهای متصل به ماژول های خروجی را داشته باشد. محاسبه مجموع جریان مصرفی: [ I_{\text{Total Required}} = I_{\text{CPU}} + \sum I_{\text{Modules}} + \sum I_{\text{Actuators}} ]
- توزیع بار: در رک های بزرگ، توزیع ماژول ها به گونه ای که ماژول های حساس به نویز (مانند AI) از ماژول های تولیدکننده نویز (مانند خروجی های رله ای سنگین) فاصله داشته باشند، توصیه می شود.
- نرم افزار: پس از نصب هر ماژول فیزیکی، حتماً باید در محیط TIA Portal (یا Step7 قدیمی) پیکربندی سخت افزار به روزرسانی شود تا PLC آن را شناسایی کند و فضای آدرس دهی (Memory Allocation) مناسبی به آن اختصاص یابد.
در آخر…
PLC زیمنس مجموعه ای از اجزای به هم پیوسته است که همه آن ها ارزش و نقش یکسانی ندارند. برخی قطعات به راحتی قابل تعویض اند و برای کاهش زمان توقف طراحی شده اند، در حالی که برخی دیگر هویت سیستم را تشکیل می دهند و تعویض آن ها به معنی تغییر اساسی در پروژه است.