اتصال و هماهنگی PLC S7-1200 با سنسورها و محرک ‌ها

کنترل‌ کننده ‌های منطقی برنامه ‌پذیر (PLC) یکی از اجزای مهم در سیستم‌ های اتوماسیون صنعتی است. با توجه به طراحی ماژولار ، رابط کاربری کاربرپسند و قابلیت های پیشرفته PLC S7-1200  می توان از آن در پروژه های مهم اتوماسیون صنعتی استفاده کرد. یکی از جنبه ‌های مهم استفاده از  PLC S7-1200، اتصال و هماهنگی آن با سنسورها و محرک ‌ها است. در این مقاله قصد داریم به بررسی اتصال و هماهنگی PLC S7-1200 با سنسورها و محرک ‌ها بپردازیم.

آشنایی با  PLC S7-1200

PLC S7-1200  با نیازهای مختلف سیستم‌ های اتوماسیون متناسب است. این دستگاه به طور معمول از اجزای زیر تشکیل می شود:

• واحد پردازش مرکزی (CPU): این واحد مغز سیستم است که برنامه ‌ها را اجرا می‌ کند و به پردازش داده ‌ها می ‌پردازد. مدل ‌های مختلفی از CPU در S7-1200 وجود دارد که هر کدام از آن ها ویژگی‌ های خاص خود را دارند.
• ماژول ‌های ورودی و خروجی (I/O Modules): این ماژول ها که در دوسته کلی آنالوگ و دیجیتال هستند برای اتصال سنسورها و محرک‌ ها به PLC مورد استفاده قرار می گیرند.
• ماژول ‌های ارتباطی: این ماژول ها امکان برقراری ارتباط با سایر دستگاه ‌ها و سیستم‌ ها در یک شبکه صنعتی را برای PLC فراهم می کنند.
• نرم ‌افزار TIA Portal: این نرم افزار برای برنامه ‌نویسی و پیکربندی PLC استفاده می شود و این امکان را برای کاربران فراهم می کنند که به راحتی برنامه‌ های پیچیده را برای اتوماسیون توسعه دهند.

در این PLC امکان افزودن ماژول‌ های اضافی برای افزایش ورودی‌ ها و خروجی‌ ها و بهبود عملکرد سیستم فراهم شده است. در PLC S7-1200 زیمنس قابلیت شبکه سازی وجود دارد و امکان ارتباط با سایر دستگاه ‌ها از طریق پروتکل ‌های مختلف مانند PROFINET و  Ethernet وجود دارد. این PLC عملکرد بالایی دارد و با پردازش سریع داده ‌ها و اجرای همزمان چندین وظیفه که به کارایی بالای سیستم کمک می‌کند.

سنسورها

سنسورها دستگاه‌ هایی هستند که برای تشخیص و اندازه ‌گیری پارامترهای مختلف مانند دما، فشار، سطح، سرعت و موقعیت مورد استفاده قرار می گیرند. سنسورها سیگنال‌ های الکتریکی را تولید می ‌کنند که به PLC ارسال می ‌شوند. این دستگاه ها دارای دو نوع کلی آنالوگ و دیجیتال هستند:

• سنسورهای دیجیتال: سوئیچ ‌ها و حسگرهای نوری از مثال های سنسورهای دیجیتال هستند که فقط دو حالت روشن و خاموش دارند. از سنسورهای دیجیتال به طور معمول برای کاربردهایی که نیاز به تشخیص وضعیت‌ های ساده دارند، استفاده می شود.
• سنسورهای آنالوگ: سنسورهای دما و فشار از انواع سنسورهای آنالوگ هستند که می ‌توانند مقادیر پیوسته را اندازه‌ گیری کنند. این سنسورها برای کاربردهایی که نیاز به دقت بیشتری دارند، به‌ کار می ‌روند و به طور معمول سیگنال‌ هایی در محدوده 0 تا 10 ولت یا 4 تا 20 میلی ‌آمپر تولید می ‌کنند.

محرک ‌ها

محرک ‌ها دستگاه ‌هایی هستند که برای تبدیل سیگنال‌ های الکتریکی به حرکت یا کار مکانیکی مورد استفاده قرار می گیرند. این دستگاه‌ ها در دسته بندی های زیر تولید می شوند:

• موتورهای الکتریکی: موتورهای الکتریکی برای ایجاد حرکت دورانی مورد استفاده قرار می گیرند. این موتورها می ‌توانند در دو نوع DC یا AC عرضه شوند و انواع مختلفی مانند موتورهای سنکرون، آسنکرون و … دارند.
• عملگرهای پنوماتیکی و هیدرولیکی: این نوع از محرک ها در انجام کارهای مکانیکی با فشار هوا یا مایعات کاربرد دارند. این عملگرها به طور معمول در صنایع سنگین و مکانیزم‌ های پیچیده مورد استفاده قرار می گیرند.
• سروو موتورها: اط سروو موتورها برای کنترل دقیق حرکت در سیستم‌ های اتوماسیون استفاده می شود. این موتورها به ‌طور خاص برای کاربردهایی که نیاز به دقت و کنترل دقیق دارند، طراحی شده ‌اند.

اتصال سنسورها به  PLC S7-1200

PLC 1200 زیمنس دارای ماژول‌ های ورودی دیجیتال و آنالوگ است که می ‌توانند به سنسورها متصل شوند. برای اتصال سنسورها به این PLC، ابتدا باید نوع سنسور (دیجیتال یا آنالوگ) و نیازهای خاص خود را شناسایی کنید. برای اتصال سنسورهای دیجیتال مانند سوئیچ ‌ها و حسگرهای نوری باید از ماژول های دیجیتال استفاده کنید. این ماژول‌ ها دارای چندین ورودی برای دریافت سیگنال‌ های ON/OFF از سنسورها هستند. برای اتصال سنسورهای آنالوگ مانند سنسورهای دما و فشار باید از ماژول ورودی آنالوگ استفاده نمایید. این ماژول می توانند سیگنال ‌های آنالوگ در محدوده‌ های مختلف را پردازش کرده و مقادیر پیوسته را به PLC ارسال نمایند.

پس از انتخاب ماژول ورودی، نوبت به مرحله سیم کشی سنسورها می رسد. سنسورها باید به ترمینال‌ های ورودی ماژول متصل شوند. برای سنسورهای دیجیتال، به طور معمول به دو سیم (یکی برای منبع تغذیه و دیگری برای سیگنال) نیاز دارید. برای سنسورهای آنالوگ، ممکن است با توجه به نوع سنسور به چند سیم نیاز باشد. در سنسورهای دیجیتال یک سیم مثبت (Vcc) و یک سیم منفی (GND) وجود دارد و سیم سیگنال به ورودی PLC زیمنس متصل می ‌شود. سنسورهای آنالوگ به طور معمول شامل دو سیم برای تغذیه و یک یا چند سیم برای ارسال سیگنال آنالوگ به PLC هستند.

پس از اتصال فیزیکی، باید ماژول ورودی در نرم ‌افزار TIA Portal پیکربندی شود. این تنظیمات شامل انتخاب نوع ورودی (دیجیتال یا آنالوگ) و پارامترهای مربوط به سنسور است. پس از پیکربندی ماژول ورودی نیز باید برنامه ‌ای در TIA Portal نوشته شود که ورودی‌ های سنسور را خوانده و بر اساس آن عملیات مورد نظر را انجام دهد.

هماهنگی PLC S7-1200 با محرک ‌ها

برای هماهنگی با محرک‌ ها، باید نوع محرک (دیجیتال یا آنالوگ) و نیازهای خاص سیستم را شناسایی کنید. برای کنترل محرک‌ های دیجیتال مانند رله‌ ها و شیرهای الکتریکی باید از ماژول خروجی دیجیتال استفاده نمایید. این ماژول ‌ها برای ارسال سیگنال ‌های ON/OFF به محرک‌ ها مورد استفاده قرار می گیرند. برای کنترل محرک ‌های آنالوگ مانند موتورهای الکتریکی و عملگرهای هیدرولیکی نیز از ماژول خروجی آنالوگ استفاده می شود. این ماژول‌ ها قادر به ارسال سیگنال‌ های آنالوگ به محرک ‌ها هستند و می‌ توانند مقدار دقیقی از سیگنال را بر اساس نیاز سیستم ارسال نمایند.

پس از انتخاب ماژول خروجی، محرک ‌ها باید به ترمینال ‌های خروجی ماژول متصل شوند. برای محرک ‌های دیجیتال، دو سیم (یکی برای منبع تغذیه و دیگری برای سیگنال) مورد نیاز است. برای محرک ‌های آنالوگ نیز با  توجه به نوع محرک ممکن است به چند سیم نیاز باشد. محرک ‌های دیجیتال شامل یک سیم مثبت و یک سیم منفی هستند و سیگنال خروجی به ورودی محرک متصل می ‌شود. محرک ‌های آنالوگ نیز شامل دو سیم برای تغذیه و یک یا چند سیم برای دریافت سیگنال آنالوگ هستند.

پس از اتصال فیزیکی، باید ماژول خروجی در نرم ‌افزار TIA Portal پیکربندی شود. این تنظیمات شامل انتخاب نوع خروجی (دیجیتال یا آنالوگ) و پارامترهای مربوط به محرک است. پس از پیکربندی ماژول خروجی، باید برنامه ‌ای در TIA Portal نوشته شود که بر اساس ورودی ‌های سنسورها، سیگنال ‌های خروجی به محرک ‌ها ارسال شود.

نکات کلیدی در اتصال و هماهنگی PLC S7-1200 با سنسورها و محرک ‌ها

سنسورها و محرک ها باید با توجه به نیازهای هر پروژه انتخاب شوند. عواملی مانند نوع سیگنال (دیجیتال یا آنالوگ)، دقت مورد نیاز و نوع بار باید در انتخاب سنسور و محرک ها در نظر گرفته شوند. همچنین باید به محیط عملیاتی آن ها نیز توجه کرد. پس از اتصال و هماهنگی PLC S7-1200 با سنسورها و محرک ‌ها باید برای اطمینان از عملکرد آنها تست های اولیه را انجام دهید. این تست ها شامل مواردی مانند بررسی سیگنال های ورودی و خروجی و صحت برنامه نوشته شده باشد. با انجام این تست ها می توان پیش از راه اندازی کامل سیستم، مشکلات احتمالی را شناسایی و برطرف نمایند.

استفاده از مستندات فنی و راهنماهای مربوط به پی ال سی 1200 زیمنس، سنسورها و محرک ‌ها می‌ تواند باعث تسهیل فرآیند اتصال و هماهنگی باشد. این مستندات معمولا شامل اطلاعات مربوط به پیکربندی، سیم‌ کشی و برنامه ‌نویسی هستند. همیشه از آخرین نسخه  نرم ‌افزار TIA Portal استفاده کنید. به ‌روزرسانی نرم ‌افزار می ‌تواند باعث بهبود در عملکرد و امنیت سیستم شود.  رعایت اصول ایمنی در هر پروژه نیز از ضروریات است. اطمینان حاصل کنید که تمامی سنسورها و محرک‌ ها به ‌درستی نصب شده ‌اند و از تجهیزات محافظتی مانند فیوزها و کلیدهای مینیاتوری برای جلوگیری از اضافه بار و اتصال کوتاه استفاده نمایید.

یکپارچه‌سازی IO-Link با S7‑1200 و ماژول IO-Link Master SM 1278

1. اجزا

1.1. IO-Link Master

یک IO-Link Master به‌عنوان یکی از عناصر کلیدی در اتوماسیون صنعتی عمل می‌کند و وظیفه اتصال و مدیریت ارتباط بین سنسورها یا محرک‌هایی که به فناوری IO-Link مجهز هستند با یک سیستم کنترل سطح بالا مانند PLC یا PC را بر عهده دارد.

1.2. آداپتور IO-Link

آداپتور IO-Link نقش مهمی در محیط‌های صنعتی ایفا می‌کند و با تبدیل یکپارچه بین پروتکل‌های مختلف ارتباطی، سازگاری و تعامل روان بین دستگاه‌های گوناگون را تضمین می‌کند.

1.3. Rheonics SME

مدل SME-DRM تجهیزی بسیار سریع و مقاوم است که با مدل‌های محاسباتی جامع ترکیب شده و مناسب نصب روی ریل DIN یا درون تابلو برق است. این تجهیز با ولتاژ 24 ولت تغذیه می‌شود و دارای یک پورت اترنت، شیار کارت SD، پورت Modbus RTU RS-485 و سه کانال خروجی آنالوگ 4–20 mA می‌باشد.

1.4. SM 1278

ماژول SM 1278 امکان تبادل داده با حداکثر 4 دستگاه IO-Link خارجی را از طریق یک کابل سه سیمه برای هر دستگاه یا چهار محرک/سنسور استاندارد فراهم می‌کند. گزینه‌های پارامتردهی گسترده، انعطاف‌پذیری بالایی را برای تطبیق کنترلر با تجهیز ارتباطی فراهم می‌سازد. به‌دلیل سازگاری IO-Link با سنسورهای استاندارد، می‌توان سنسورهای تجاری موجود مطابق با استاندارد IEC 61131 نوع 1 را نیز به IO-Link Master متصل و راه‌اندازی کرد.

۲. اتصال سخت‌افزاری و دیاگرام بلوکی

آداپتور IO-Link را از سنسور Rheonics به یک دستگاه IO-Link Master متصل کنید.

دیاگرام سیم‌کشی:

IO-Link Master SM 1278 with Rheonics sensor SME-DRM

Adding IO-Link Master device SM 1278 to S7-1200 project

۲. به این ترتیب یک دستگاه IO‑Link چهار پورتی به پروژه اضافه می‌شود. در مرحله بعد، باید ابزار SIMATIC S7 PTC را باز کنیم.

Starting the S7-PTC to configure the IO-Link Master device and the IO-Link converter

3. یک پیام اعلان ظاهر خواهد شد تا نرم‌افزار S7‑PTC را اجرا کنید.

Starting the S7-PTC

4. فایل IODD مربوط به مبدل IO‑Link را از آدرس زیر دانلود کرده و سپس این فایل را در نرم‌افزار S7‑PCT وارد کنید:

https://www.bannerengineering.com/us/en/products/part.809836.html

Installing the IODD file.

۵. مبدل IO‑Link را به صورت Drag & Drop به IO‑Link Master منتقل کنید.

Adding IO-Link converter for configuration

IO-Link Master configuration in Ch1

IO-Link-Master-mapping-in-S7-PTC

Added tags for IO-Link communication

Data conversion for Rheonics sensor reading

جمع بندی

اتصال و هماهنگی PLC S7-1200 با سنسورها و محرک ‌ها یکی از مراحل مهم در طراحی و پیاده ‌سازی سیستم‌های اتوماسیون صنعتی است. با توجه به ویژگی ‌های پیشرفته این PLC و قابلیت ‌های آن در ارتباط با سایر دستگاه ‌ها، می توان آن را به انواع سنسورها و محرک ها متصل نمود. انتخاب این موارد باید با توجه به نیازهای هر پروژه باشد و پس از آن نیز با توجه به آن ها نوع ماژول های وردی/ خروجی را انتخاب کرد. انجام تست های اولیه، به روزرسانی نرم افزاری و استفاده از مستندات فنی می تواند در این زمینه به کاربران کمک کند. در نهایت، سرمایه ‌گذاری در PLC S7-1200 و استفاده از آن در پروژه ‌های اتوماسیون می ‌تواند به افزایش بهره ‌وری و کاهش هزینه ‌ها منجر شود.