در سیستم های کنترل صنعتی بر پایه PLC، ماژول های ورودی/ خروجی (input/output) نقش بسیار مهمی را ایفا می کنند. ماژول های ورودی/ خروجی به عنوان پل ارتباطی بین PLC و سنسورها و عملگرهای بیرون از سیستم عمل می کنند. PLC S7-1200 زیمنس یکی از ماژول های ورودی/ خروجی مهم در دنیای PLC است که در این مقاله به بررسی کامل آن می پردازیم.
معرفی PLC سری S7-1200 زیمنس
PLC سری S7-1200 زیمنس یکی از کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر است که از سال 2013 در بازار عرضه شد. S7-1200 زیمنس در دو نوع کلی ارائه می شود و برای کاربردهای مختلف مناسب است. نوع کوچک و کامپکت این PLC زیمنس امکان ارتقای ماژول های ورودی/ خروجی را ندارد؛ اما نوع دیگر این کنترل کننده منطقی امکان افزایش تعداد ماژول های ورودی/ خروجی را برای کاربران فراهم کرده است. به صورت کلی ماژول های ورودی و خروجی S7-1200 در دو دسته کلی طبقه بندی می شوند:
1. ماژول های ورودی/ خروجی آنالوگ: این نوع ماژول ها برای برقراری ارتباط با عملگرها و سنسورهایی که سیگنال های آنالوگ را ارسال و دریافت می کنند، مناسب هستند.
2. ماژول های ورودی/ خروجی دیجیتال: از این نوع ماژول های برای اتصال به سنسورها و عملگرهای با ارسال و دریافت سیگنال دیجیتال استفاده می شود.
ماژول های ورودی و خروجی S7-1200 برای کنترل دقیق فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند و با کمک رابط های استاندارد به CPU اصلی PLC متصل می گردند.
انواع ماژول های ورودی و خروجی S7-1200
ماژول های ورودی و خروجی S7-1200 دارای چهار زیرمجموعه هستند که در ادامه به بررسی دقیق آنها می پردازیم:
ماژول ورودی دیجیتال 1200 زیمنس (Digital Input Modules)
از ماژول های ورودی دیجیتال S7-1200 برای برقراری ارتباط و دریافت سیگنال های دیجیتال از تجهیزاتی مانند دکمه ها، سوئیچ ها، فوتو الکتریک، سنسورهای مجاورتی و … استفاده می شود. ماژول های ورودی دیجیتال سیگنال های دیجیتال 0 و 1 را از این تجهیزات دریافت کرده و آنها را به CPU ارسال می کنند. این ماژول ها به طور معمول دارای ولتاژ ورودی 24 ولت هستند و تعداد کانال های ورودی آنها 8، 16 یا 32 است. تعداد کانال های ورودی زیاد این نوع ماژول باعث می شود تا استفاده از آنها در مواردی که نیاز به نظارت هم زمان بر تعداد زیادی سیگنال دیجیتال وجود دارد، مناسب باشد. در ماژول ورودی دیجیتال S7-1200 با استفاده از تکنولوژی ایزولاسیون الکتریکی از تداخل سیگنال بین کانال های الکتریکی مختلف جلوگیری شده است. سیگنال های دیجتال نیاز به پردازش سریع تری دارند که قدرت پاسخ دهی این ماژول نیز بسیار سریع است.
ماژول خروجی دیجیتال 1200 زیمنس (Digital Output Modules)
ماژول های خروجی دیجیتال S7-1200 به منظور ارسال سیگنال های دیجیتال از CPU به سمت عملگرهایی مانند موتورها، چراغ ها، الکترومگنت ها و رله ها مورد استفاده قرار می گیرند. در سیگنال های دیجیتال ارسالی 1 به معنای روشن و 0 به معنی خاموش است. در این نوع ماژول ولتاژ خروجی می تواند 24 ولت DC یا 230 ولت AC باشد. تعداد کانال ماژول های خروجی دیجیتال S7-1200 نیز 8، 16 یا 32 است. در ماژول های خروجی دیجیتال از ایزولاسیون به منظور جلوگیری از اتصال کوتاه یا آسیب های ناشی از اضافه بار استفاده می شود. در هر سیستم با توجه به کاربرد مورد نظر و نوع منبع تغذیه می توان از یکی از انواع این ماژول های خروجی استفاده کرد.
ماژول ورودی آنالوگ 1200 زیمنس (Analog Input Modules)
از ماژول های ورودی آنالوگ S7-1200 به منظور خواندن سیگنال های پیوسته ای مانند جریان و ولتاژ از تجهیزاتی مانند سنسورهای سطح مایع، دما، فشار و … استفاده می گردد. به طور معمول این سیگنال ها در بازه های 0 تا 10 ولت، 0 تا 20 میلی‌آمپر یا 4 تا 20 میلی آمپر قرار دارند. دقت تبدیل ایین ماژول های ورودی آنالوگ 12، 14 یا 16 بیت است که می توانید با توجه به میزان حساسیت کار از یکی از آنها استفاده کنید. تعداد کانال های این ماژول آنالوگ نیز 2، 4 یا 8 کانال است که با توجه به حجم کار می توان از آنها استفاده کرد. این نوع ماژول از مقادیر استاندارد جریان و ولتاژ پشتیبانی می کند. با توجه به ایزوله بودن این ماژول، میزان نویز و تداخل در آن به حداقل رسیده است. از ماژول های ورودی آنالوگ می توان در کاربردهایی مانند مانیتورینگ و کنترل فرآیند استفاده کرد. این نوع ماژول ها می توانند سیگنال های ورودی آنالوگ را با دقت بالایی به سیگنال های دیجیتال تبدیل کنند تا تفسیر آنها راحت شود.
ماژول خروجی آنالوگ 1200 زیمنس (Analog Output Modules)
ماژول های خروجی آنالوگ S7-1200 سیگنال های پیوسته را به تجهیزاتی مانند نمایشگرهای آنالوگ، شیرهای کنترلی و درایوهای سرعت متغیر ارسال می کنند. به طور معمول این سیگنال های پیوسته در بازه های ولتاژ (0 تا 10 ولت) یا جریان (0 تا 20 میلی آمپر یا 4 تا 20 میلی آمپر) ارسال می گردند. دقت تبدیل در این ماژول خروجی آنالوگ 12 یا 14 بیت است. تعداد کانال های ماژول خروجی نیز به طور معمول 2 یا 4 می باشد. ماژول های خروجی آنالوگ S7-1200 از خروجی جریان و ولتاژ استاندارد پشتیبانی می کنند و به دلیل ایزوله بودن از اختلالات خارجی مصون هستند. از ماژول های خروجی آنالوگ به طور معمول برای ارسال دستورات به عملگرهای آنالوگ استفاده میشود.
ماژول ترکیبی 1200 زیمنس (Combined I/O Modules)
ماژول های ترکیبی شامل کانال های ورودی/ خروجی دیجیتال یا آنالوگ می باشند. ماژول های ترکیبی برای کاربردهایی که نیاز به انعطاف پذیری دارند با دچار محدودیت فضا هستند استفاده می شوند. در واقع در این نوع ماژول، ترکیبی از ورودی و خروجی دیجیتال و آنالوگ در یک واحد ارائه می شود.
ویژگی های ماژول های ورودی و خروجی S7-1200 زیمنس
طراحی این نوع ماژول ها به صورت ماژولار بوده و کاربران می توانند با توجه به نیازهای خود ماژول های مختلفی را به آن اضافه کنند. طراحی این نوع ماژول به گونه ای است کهبتوان نصب و سیم کشی آن را به سادگی انجام داد. ایزولاسیون الکتریکی در این نوع ماژول، از تجهیزات در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار محافظت می کند. این ماژول ها با با استفاده از پروتکل های داخلی به صورت پایدار و سریع با CPU و ماژول های دیگر ارتباط برقرار می کنند. ماژول های ورودی و خروجی S7-1200 امکان تشخیص خطاها را از طریق نرم افزار TIA Portal فراهم کرده اند.
کاربرد ماژول های ورودی و خروجی S7-1200 زیمنس
از ماژول های ورودی و خروجی سری S7-1200 در صنایع زیر استفاده می شود:
- فرآیندهای تولید و بسته بندی صنایع غذایی
- کنترل خطوط و مونتاژ و ربات ها در صنایع خودروسازی
- کنترل دقیق زمان و دما در فرآیندهای تولید صنایع دارویی
- مانیتورینگ و کنترل پارامترهای دما، جریان و فشار در صنایع نفت و گاز
جمع بندی
ماژول های ورودی و خروجی S7-1200 زیمنس یکی از راه حل های کارآمد برای نظارت و کنترل فرآیندهای صنعتی هستند. از ویژگی های این ماژول ها می توان به ایمنی بالا، طراحی کاربر پسند، نصب آسان، ماژولار بودن و … اشاره کرد. کاربران می توانند با توجه به نیازهای خود یکی از انواع این ماژول ها را انتخاب کنند و در صورت بروز مشکل نیز با استفاده از نرم افزار قدرتمند TIA Portal به راحتی آن را عیب یابی کنند.
