سیمنز PLC برنامه نویسی کنترلر منطق رله 6ES7216-2AD00-0XB0

زیمنس 6ES7216-2AD00-0XB0 | SIMATIC S7-200 CPU 216 — منبع تغذیه DC، 4K برنامه / 2.5K داده، 24 ورودی دیجیتال DC + 16 خروجی دیجیتال DC، 2 پورت PPI/Freeport، PLC فشرده

مرور کلی

زیمنس 6ES7216-2AD00-0XB0 واحد CPU 216 فشرده برای SIMATIC S7-200 است — بزرگترین CPU استاندارد در خانواده اصلی S7-200، که تمام آنچه را که یک PLC کامل نیاز دارد در یک ماژول نصب شده روی ریل DIN ترکیب می‌کند: پردازنده، منبع تغذیه 24 ولت DC، 24 ورودی دیجیتال، 16 خروجی ترانزیستوری، و دو پورت ارتباطی سریال.

آنچه CPU 216 S7-200 را در دوران خود برجسته می‌کرد، این چگالی I/O بود — 40 نقطه I/O داخلی، همه در یک واحد — که نیاز به هرگونه ماژول توسعه را در بخش قابل توجهی از کاربردهای کنترل ماشین از بین می‌برد و هم هزینه سخت‌افزار و هم فضای پنل را کاهش می‌دهد.

پلتفرم S7-200 بخش PLC فشرده را در مجموعه اتوماسیون زیمنس از اواسط دهه 1990 تا دهه 2000 اشغال کرد و شکاف بین ماژول‌های منطقی ساده‌تر LOGO! و سیستم ماژولار S7-300 با قابلیت بیشتر را پر کرد.

CPU 216 پرچمدار محدوده اصلی S7-200 بود و نوع -2AD00-0XB0 نسخه ورودی/خروجی DC را مشخص می‌کند — ورودی منبع تغذیه DC و خروجی‌های ترانزیستوری DC به جای نوع خروجی رله.

این تمایز برای طراحان ماشین اهمیت قابل توجهی دارد: خروجی‌های ترانزیستوری در میکروثانیه سوئیچ می‌کنند (امکان خروجی‌های پالس با فرکانس بالا برای کاربردهای موتور پله‌ای و موقعیت‌یابی را فراهم می‌کنند)، عمر سوئیچینگ تقریباً نامحدودی دارند، و می‌توانند بارهای 24 ولت DC را مستقیماً بدون محدودیت عمر کنتاکت و محدودیت سرعت سوئیچینگ خروجی‌های رله، منبع یا تخلیه کنند.

4K کلمه حافظه برنامه برای زمان خود قابل توجه بود و برای بسیاری از وظایف کنترل ماشین ساده کافی است.

یک برنامه نردبانی معمولی S7-200 برای ماشینی با 20 شرط ورودی، 10 توالی تایمر/شمارنده، و 12 عمل خروجی، 500 تا 1500 کلمه را اشغال می‌کند — که به خوبی در حد 4K قرار می‌گیرد.

برنامه‌های پیچیده‌تر با دستکاری گسترده داده‌ها، حلقه‌های PID، و روتین‌های ارتباطی می‌توانند در برنامه‌های پرتقاضا به مرز 4K نزدیک شوند، که بخشی از انگیزه زیمنس برای انتشار انواع بزرگتر CPU 222/224/226 در نسل بعدی بود.

مشخصات کلیدی

دو پورت RS485 — قابلیت‌های PPI و Freeport

دو پورت ارتباطی RS485 CPU 216 اتصال سیستم را به ابزارهای برنامه‌نویسی، پنل‌های HMI، سیستم‌های نظارتی، و سایر دستگاه‌های سریال فراهم می‌کند:

PPI (رابط نقطه به نقطه): پروتکل سریال بومی S7-200 زیمنس — یک شبکه چند قطره‌ای سازگار با توکن رینگ که در آن CPU 216 به عنوان یک برده، یک استاد، یا هر دو شرکت می‌کند.

PPI برای برنامه‌نویسی (STEP 7-Micro/WIN از طریق PPI متصل می‌شود)، برای اتصال نمایشگر متن TD 200 یا پنل‌های اپراتور OP، و برای اشتراک‌گذاری داده PLC به PLC در شبکه‌های چند CPU استفاده می‌شود. حداکثر شبکه PPI تا 32 گره را در یک بخش واحد پشتیبانی می‌کند.

حالت Freeport: هنگامی که برای Freeport پیکربندی می‌شود، پورت به عنوان یک رابط سریال استاندارد RS485 تحت کنترل کامل برنامه نردبانی کاربر عمل می‌کند.

برنامه بایت‌ها را از طریق پورت سریال با استفاده از دستورات XMT (ارسال) و RCV (دریافت) ارسال و دریافت می‌کند و هر پروتکلی را که دستگاه متصل نیاز دارد پیاده‌سازی می‌کند — پیام‌رسانی ASCII به اسکنر بارکد، Modbus RTU به کنتور انرژی، ارتباط RS485 به چاپگر یا ترازو، یا هر پروتکل سریال دیگری که دستگاه متصل استفاده می‌کند.

حالت Freeport مکانیزم S7-200 برای ادغام دستگاه‌های سریال شخص ثالث بدون نیاز به ماژول‌های ارتباطی اضافی است.

داشتن دو پورت به این معنی است که CPU 216 می‌تواند همزمان یک اتصال PPI برای برنامه‌نویسی و HMI (در پورت 0) را حفظ کند در حالی که یک اتصال Freeport به یک دستگاه میدانی (در پورت 1) را اجرا می‌کند — یا دو اتصال Freeport مستقل به دو دستگاه مختلف را اجرا کند.

24 DI و 16 DO — پوشش پیکربندی I/O

24 ورودی دیجیتال و 16 خروجی دیجیتال داخلی — در مجموع 40 نقطه I/O — طیف وسیعی از پیکربندی ماشین را پوشش می‌دهد که بخش بزرگی از کاربردهای ماشین فشرده عملی را شامل می‌شود:

24 ورودی شامل: تمام سوئیچ‌های حد انتهای مسیر، سنسورهای مجاورت روی نوار نقاله و مکانیزم‌ها، کنتاکت‌های نظارتی رله ایمنی، دکمه‌های فشاری اپراتور، سوئیچ‌های انتخاب حالت، اینترلاک‌های درب و محافظ، سنسورهای حضور محصول، و نظارت بر ورودی خطا از تجهیزات خارجی.

16 خروجی فرمان می‌دهند: کنتاکتورهای موتور، شیرهای برقی (پنوماتیک و هیدرولیک)، چراغ‌های نشانگر، دستگاه‌های هشدار دهنده، کویل‌های رله (برای تبدیل ولتاژ به بارهای بالاتر)، جهت و فعال‌سازی موتور پله‌ای، و سیگنال‌های شروع/توقف اسپیندل.

برای ماشین‌هایی که به I/O بیشتری نیاز دارند، سیستم ماژول توسعه S7-200 (سری EM) به سمت راست CPU 216 روی باس توسعه متصل می‌شود و به ازای هر ماژول 8، 16، یا 32 نقطه I/O دیجیتال یا آنالوگ اضافی را اضافه می‌کند.

حداکثر I/O قابل توسعه CPU 216 به محدودیت‌های کلی سیستم بستگی دارد — ظرفیت منبع تغذیه، تعداد ماژول‌های توسعه، و پیکربندی I/O CPU — اما به طور قابل توجهی از 40 نقطه داخلی فراتر می‌رود.

خروجی‌های ترانزیستوری با رتبه 0.5 آمپر در هر کانال، قابلیت درایو مستقیم را برای کنتاکتورهای کویل استاندارد 24 ولت DC (معمولاً 0.05 آمپر تا 0.2 آمپر)، کویل‌های شیر برقی (0.1 آمپر تا 0.3 آمپر در 24 ولت)، و چراغ‌های نشانگر (0.02 آمپر تا 0.1 آمپر LED) فراهم می‌کنند.

برای بارهایی که از 0.5 آمپر بیشتر هستند یا به ولتاژ AC نیاز دارند، رله‌های واسطه به عنوان مبدل جریان و ولتاژ بین خروجی‌های ترانزیستوری CPU 216 و دستگاه‌های میدانی عمل می‌کنند.

برنامه‌نویسی با STEP 7-Micro/WIN

S7-200 با STEP 7-Micro/WIN برنامه‌ریزی می‌شود — یک محیط مهندسی مبتنی بر ویندوز که یک رابط برنامه‌نویسی منطق نردبانی کامل، نظارت آنلاین، و دسترسی تشخیصی برای تمام انواع S7-200 را فراهم می‌کند.

Micro/WIN از طریق پورت RS485 از طریق کابل PC/PPI یا آداپتور USB-PPI که بین پورت USB کامپیوتر و پروتکل PPI RS485 تبدیل می‌کند، با CPU 216 ارتباط برقرار می‌کند.

در داخل Micro/WIN، برنامه‌نویس منطق نردبانی را می‌سازد، پارامترهای تایمر و شمارنده را وارد می‌کند، آدرس‌های نمادین را برای نقاط I/O تعریف می‌کند، و برنامه تکمیل شده را به CPU دانلود می‌کند.

حالت نظارت آنلاین به برنامه‌نویس اجازه می‌دهد تا وضعیت زنده تمام ورودی‌ها، خروجی‌ها، رله‌های داخلی، تایمرها و شمارنده‌ها را در حالی که برنامه اجرا می‌شود مشاهده کند — که برای راه‌اندازی و عیب‌یابی ضروری است.

مجموعه دستورالعمل S7-200 شامل توابع استاندارد منطق نردبانی (منطق بیت، تایمرها، شمارنده‌ها، مقایسه، ریاضی) به علاوه توابع خاص برنامه است که آن را برای کنترل ماشین واقعاً مفید می‌سازد: شمارنده‌های با سرعت بالا برای بازخورد انکودر و شمارش پالس، روتین‌های وقفه برای رویدادهای حساس به زمان، حلقه‌های PID برای کنترل فرآیند آنالوگ، و دستورات ارتباط سریال XMT/RCV.

سوالات متداول

س1: CPU 216 دارای 4K کلمه حافظه برنامه است. آیا این قابل ارتقا است؟

4K کلمه حافظه برنامه در CPU 216 ثابت است — با کارت‌های حافظه خارجی قابل ارتقا نیست. این یکی از ویژگی‌های نسل اصلی S7-200 بود؛ انواع CPU بعدی (CPU 221/222/224/226) حافظه داخلی بیشتری را ارائه می‌دادند.

اگر برنامه‌ای از 4K کلمه فراتر رفت، تنها گزینه‌ها بهینه‌سازی برنامه برای کاهش حجم آن، یا ارتقا به یک نوع CPU با حافظه بیشتر است.

نسخه -2AD00-0XB0 یک نسل قدیمی‌تر است؛ نسخه -2AD23-0XB0 (CPU 226) از همان خانواده، 24 کیلوبایت (12K کلمه) حافظه برنامه را ارائه می‌دهد.

س2: آیا خروجی‌های ترانزیستور می‌توانند مستقیماً کویل‌های رله 24 ولت DC را درایو کنند؟

بله. کویل‌های رله استاندارد 24 ولت DC، 50 تا 200 میلی‌آمپر مصرف می‌کنند که به خوبی در محدوده 0.5 آمپر در هر کانال خروجی‌های ترانزیستوری CPU 216 قرار می‌گیرد.

خروجی‌ها می‌توانند جریان را منبع (نوع PNP) یا تخلیه (نوع NPN) کنند — پیکربندی خاص به سیم‌کشی نوع بستگی دارد.

برای محافظت از بار، اتصال یک دیود فری‌ویلینگ در سراسر بارهای سلفی (کویل‌های رله، کویل‌های شیر برقی) برای سرکوب پیک ولتاژ تولید شده هنگام خاموش شدن خروجی، خوب است.

بسیاری از ماژول‌های رله و منیفولد شیر برقی این دیود را به صورت داخلی دارند؛ برای بارهای کویل خالی، باید دیودهای خارجی اضافه شوند.

س3: آیا 6ES7216-2AD00-0XB0 با STEP 7 (محیط برنامه‌نویسی S7-300/400) سازگار است، یا فقط با Micro/WIN؟

CPU 216 S7-200 منحصراً با STEP 7-Micro/WIN برنامه‌ریزی می‌شود — با STEP 7 Classic، TIA Portal، یا سایر محیط‌های برنامه‌نویسی زیمنس برای پلتفرم‌های S7-300، S7-400، یا S7-1200/1500 سازگار نیست.

S7-200 از مجموعه دستورالعمل، سازماندهی حافظه، و پروتکل ارتباطی کاملاً متفاوتی نسبت به پلتفرم‌های بزرگتر S7 استفاده می‌کند.

تغییر از S7-200 به یک پلتفرم فعلی (S7-1200 یا S7-200 SMART) نیاز به بازنویسی برنامه در محیط مهندسی پلتفرم جدید دارد.

س4: CPU 216 چه قابلیت شمارنده با سرعت بالا داخلی دارد؟

CPU 216 S7-200 شامل ورودی‌های شمارنده با سرعت بالا است که می‌تواند سیگنال‌های پالس را سریع‌تر از چرخه اسکن عادی PLC شمارش کند — امکان کاربردهایی مانند بازخورد موقعیت انکودر و شمارش تولید از سنسورهای مجاورت القایی را فراهم می‌کند.

ورودی‌های خاص (X0 و ورودی‌های مجاور) نرخ شمارش تا 2 کیلوهرتز برای شمارش افزایشی، 1 کیلوهرتز برای شمارش کوادراتور فاز A/B (برای انکودرهای چرخشی) را پشتیبانی می‌کنند.

این شمارنده‌ها در سخت‌افزار، مستقل از اسکن PLC کار می‌کنند، و شمارش انباشته شده توسط برنامه نردبانی از طریق رجیسترهای ویژه (HC0، HC1 و غیره) قابل خواندن است.

س5: پسوند -0XB0 با نسخه‌های به‌روز شده دنبال شد. آیا برنامه 6ES7216-2AD00-0XB0 با انواع S7-200 بعدی سازگار است؟

برنامه‌های نوشته شده برای CPU 216 (6ES7216-2AD00-0XB0) در سطح دستورالعمل به طور قابل توجهی با CPUهای S7-200 بعدی (CPU 221/222/224/226) سازگار هستند — همان دستورالعمل‌های نردبانی روی تمام انواع S7-200 کار می‌کنند.

با این حال، تفاوت در سازماندهی حافظه (محدوده‌های آدرس متفاوت برای I/O توسعه)، تعداد متفاوت نقاط I/O داخلی، و تخصیص بیت‌های حافظه ویژه متفاوت به این معنی است که برنامه‌ها ممکن است نیاز به تنظیم آدرس در هنگام مهاجرت به یک نوع CPU متفاوت داشته باشند.

STEP 7-Micro/WIN ابزارهایی را برای بررسی و تطبیق برنامه‌ها در طول مهاجرت فراهم می‌کند. انتقال مستقیم برنامه بدون تغییر به طور کلی بین انواع CPU به طور قابل توجهی متفاوت امکان‌پذیر نیست.