تکنو کلید

وارد کننده و توزیع کننده اتوماسیون صنعتی زیمنس

نمایندگی زیمنس: کارت های ورودی های دیجیتال (DI)

نمایندگی زیمنس: کارت های ورودی های دیجیتال (DI)

 در این مقاله نمایندگی زیمنس در مورد کارت‌های ورودی‌های دیجیتال DI، انواع علامت های به کار رفته برای کارت های DI به همراه جدول و مدار داخلی آنها صحبت شده است..

نکات سخت افزاری

کارت دیجیتال ورودی، سیگنال الکتریکی دریافتی را به دیتای منطقی صفر یا یک تبدیل می کند. کارت های ورودی دیجیتال را از جنبه‌های مختلف می‌توان دسته بندی کرد.

  • از نظر کلاس فنی برخی از نوع BA و برخی HF هستند.
  • BA (Basic) : برای کاربردهای ساده بدون هیچ پارامتر خاص و بدون هیچ امکانات خاص
  • HF (High Feature) : با پارامترها و امکانات بیشتر مانند امکانات Diagnostic که می‌تواند برای هر کانال از کارت به طور جداگانه تنظیم شود.
  • از نظر تعداد کانال ورودی متفاوتند، برخی 16 ورودی و برخی 32 ورودی هستند.
  • بیشتر کارت های دیجیتال ورودی از نوع  Sink هستند یعنی ولتاژ مثبت را به عنوان یک دریافت می کنند. برخی از نوع Source هستند یعنی ولتاژ منفی را به عنوان یک دریافت می کنند.
  • کارت Source فقط دارای ورودی 24 V DC است که با پلاریته‌ی معکوس نسبت به نوع Sink کار می‌کند.
  • کارت‌های Sink از نظر ولتاژ ورودی متفاوتند برخی ورودی 24 V DC برخی دیگر 230 AC، و برخی دیگر در بازه‌ای بین 24 تا 125 V ورودی را می‌گیرند که می‌تواند AC یا DC باشد.

در نوع Sink ولتاژ مثبت به سوئیچ‌ها داده شده و با وصل شدن هر سوئیچ این ولتاژ مثبت به کانال های ورودی اعمال می‌شود. و در نوع Source مشخص است که ولتاژ منفی به سوئیچ‌ها داده شده و باوصل شدن هر سوئیچ، ولتاژ منفی به کانال ورودی اعمال می‌شود. هر دو کارت دارای 16 ورودی هستند که به ترمینال‌های سمت چپ سیم کشی می‌شوند در کارت‌های 32 ورودی ترمینال‌های سمت راست نیز استفاده می‌شوند.

 

علاوه بر دسته بندی‌های بالا، کارت‌های دیجیتال از جنبه‌های دیگری نیز با هم قابل مقایسه هستند که عبارت‌اند از:

 

میزان تاخیر سیگنال: کارت های ورودی معمولی (Basic) زمان تاخیر ثابتی برای دریافت سیگنال دارند، این زمان برای کارت های24 ولت DC به اندازه یms 3 و برای کارت های AC 230 به اندازه ی ms 25 است. در کارت های High Feature زمان تاخیر ثابت نیست و بین  ms 0.05 تا 20 ms قابل تنظیم است.

 

امکان دریافت پالس های سریع: در PLC های کامپکت می توان پالس های با فرکانس 100 KHz را به ترمینال های ورودی کامپکت متصل نمود، ولی در کارت های دیجیتال ورودی چنین قابلیتی نیست و فقط در نوع HF می توان سیگنال های با حداکثر 1KHz را به کانال های کارت متصل نمود.

 

امکانات وقفه: استفاده از امکانات Interrupt فقط برای کارت های HF امکان پذیر است. وقفه های در جلد بعدی توضیح داده می شوند ولی به طور خلاصه این کارت ها امکان واکنش سریع در زمان قطع و وصل ورودی را دارند که به این وقفه Hardware Interrupt گفته می شود. همچنین امکان تشخیص عیب یابی مانند اتصال کوتاه و قطع تغذیه را دارند که به این وقفه Diagnostice Interrupt گفته می شود.

 

امکان گروه بندی از نظر تغذیه: برخی کارت ها دارای یک گروه تغذیه هستند یعنی به عنوان مثال 32 کانال ورودی از یک منبع تغذیه گرفته می شوند. در برخی دیگر تعداد گروه تغذیه بیشتر است به عنوان مثال در کارت 32 ورودی، دو گروه تغذیه وجود دارد و می توان 16 کانال سمت راست را از یک منبع تغذیه گرفت و برای 16 کانال سمت چپ از منبع تغذیه دیگری استفاده کرد. در کارت 16 ورودی که AC 230 می باشد، 4 گروه تغذیه مجزا وجود دارد که هر 4 کانال می تواند به یک منبع تغذیه متصل شود، البته این موضوع اختیاری است و می توان از یک منبع تغذیه برای همه کانال ها استفاده نمود. در کارت 16x برای هر کانال، گروه ولتاژی جداگانه وجود دارد، همچنین می توان از 16 منبع تغذیه مختلف که هر کدام به سوئیچ یک کانال متصل است استفاده کرد. استفاده از منبع تغذیه های مختلف نسبت به یک منبع تغذیه موجب اطمینان بیشتر در کار کنترل می شود.

 

کد کارت های DI

هر کارت دیجیتال به صورتی کد گذاری شده که نوع آن را می توان از روی کد تشخیص داد. روش کد گذاری طبق فرمت جدول زیر است.

 

معرف مشخصه فنی کارت  معرف ولتاژ ورودی  معرف تعداد ورودی  معرف دیجیتال ورودی
 SM 521 DI                 16           *          24VDC                   HF               
 SM 521 DI                32            *         230VDC                 BA               

 

به عنوان مثال کارت  VDC BA24×32 DI دارای 32 ترمینال ورودی بوده و ولتاژ ورودی آن 24 V DC می باشد. کلاس فنی این کارت Basic بوده و برای کاربردهای معمولی مناسب است.

 

انواع کارت های DI

 

Order code Type
6ES7521-1BH00-0AB0 DI 16x DC 24V HF
6ES7521-1BH10-0AA0 DI 16x DC 24V BA
6ES7521-1BH50-0AA0  DI 16x DC 24V BA, Source
6ES7521-1BL00-0AB0 DI 32x DC 24V HF
6ES7521-1BL10-0AA0 DI 32x DC 24V BA
6ES7521-1FH00-0AA0 DI 16x AC 230V BA
6ES7521-7EH00-0AB0 DI 16x 24...125V UC

 

محدوده ی صفر و یک منطقی

یکی از مشخصه های مهم در کارت های دیجیتال ورودی، محدوده ی صفر و یک منطقی است. به این صورت که برای هر کارت با توجه به ولتاژ ورودی آن، محدوده ای جهت صفر منطقی و محدوده ی دیگری جهت یک منطقی در نظر گرفته می شود. اگر سیگنال ارسالی به کارت، در محدوده ی تعیین شده جهت صفر منطقی باشد، کارت آن را به عنوان دیتای صفر منطقی (حالت قطع) در نظر می گیرد. اگر سیگنال ارسالی به کارت، در محدوده تعیین شده جهت یک منطقی باشد، کارت آن را به عنوان دیتای یک منطقی (حالت وصل) در نظر می گیرد. محدوده ی صفر و یک منطقی هر کارت را می توان در مشخصات فنی آن کارت مشاهده نمود.

 

نوع کارت دیجیتال ورودی محدوده یک منطقی محدوده صفر منطقی نمونه کارت
کارت ورودی از نوع Sink با ورودی 24VDC  30V+تا 11+ 5V+تا 30- DI 16x24VDC BA
کارت ورودی از نوع Source با ورودی 24VDC 30V- تا 11- 30V+تا 5- DI 16x24VDC SRC BA
کارت ورودی از نوع Sink با ورودی 230AC 264V AC تا 79V 40V AC تا 0V DI 16x230VAC BA

کارت ورودی از نوع Sink با ورودی 24...125VUC

(ورودی می تواند DC یا AC باشد)

146V DC/AC+تا 11+ 5V DC/AC+تا 5- DI 16x24...125VUC HF

 

مدار داخلی کارت های DI

همان طور که قبلا توضیح داده شد وقتی سیگنال دیجیتال وارد کارت می شود ابتدا از مدار حفاظتی می گذرد تا ولتاژها و جریان های غیر مجاز نتوانند آسیبی به مدارات الکترونیکی داخلی وارد کند. این مدارات حفاظتی، برای ورودی DC و AC متفاوت هستند.

سیگنال پس از عبور از مدار حفاظتی (و یکسو سازی برای AC ) بالینک اپتیک، به صورت ایزوله به کانکتور Backplane متصل می شود و از آنجا به PLC انتقال می یابد.

 

علامت های به کار رفته برای کارت های DI

روی درب کارت های DI و همچنین در مدارکی که نقشه های سیم کشی آنها را نشان می دهد، علامت هایی به کار رفته است. این علامت ها در جدول زیر برای همه ی انواع کارت ها توضیح داده شده است.

 

علامت به کار رفته روی درب ماژول DI مفهوم
ترمینال مربوط به سیگنال ورودی دیجیتال ترمینال مربوط به سیگنال ورودی دیجیتال
+L ولتاژ مثبت منبع تغذیه برای کارت های DC24
M ولتاژ منفی منبع تغذیه برای کارت های DC24
منبع تغذیه AC برای کارت های AC230 منبع تغذیه AC برای کارت های AC230
منبع تغذیه AC یا DC برای کارت های UC24 منبع تغذیه  AC یا  DC برای کارت های UC24...125

 

پیکربندی ماژول ورودی دیجیتال DI در TIA Portal

برای قرار دادن کارت DI در رک، می توان به کاتالوگ موجود در برنامه مراجعه کرده و در زیر شاخه ی DI کارت ورودی دیجیتال مورد نظر را انتخاب نمود و آن را در رک وارد کرد.

تنظیم پارامترهای کارت DI

هنگامی که کارت DI در رک قرار گرفت، می توان با دو بار کلیک کردن روی آن، قسمت تنظیم مشخصات کارت را مشاهده نمود. این تنظیمات با توجه به نوع کارت وارد شده، دارای قابلیت های متفاوتی می باشند. در اینجا تنظیمات پارامترهای کارت ورودی دیجیتالDC HF  24×16 DI  مورد بررسی قرار می گیرد که کلمه ی HF مخفف High Feature می باشد و نسبت به کارت های DI معمولی قابلیت های بیشتری دارد.

1. پارامتر General

در این قسمت مشخصات مختصری در مورد ماژول به همراه Article Number آن ذکر شده است. و نیاز به توضیح ندارد.

2. پارامتر Module parameters

این بخش برای برخی کارت ها که امکانات بیشتری نسبت به کارت های معمولی دارند وجود دارد، کارت HF دارای این بخش است. این پارامترها دارای چند زیر مجموعه هستند.

 

بخش Genenral

در این بخش می توان مشخص کرد که اگر اختلافی بین کارت واقعی و کارت پیکربندی شده وجود داشته باشد چه اتفاقی بیفتد. ممکن است در عمل نیاز به تعویض آن با کارتی که کمی متفاوت است پیش بیاید در این صورت باید گزینه های این بخش به درستی انتخاب شده باشند.

این گزینه ها با عنوان Comparison preset to actual Module دارای سه انتخاب هستند.

  • گزینه From CPU

با انتخاب این گزینه رفتار سیستم به تنظیمات Startup که قبلا برای CPU توضیح داده شد بستگی دارد.

  • گزینه Startup CPU even if mismatc

در این حالت حتی اگر ماژول های واقعی با ماژول های پیکربندی شده و دانلود شده به CPU با هم مطابقت نداشته باشند باز CPU به حالت RUN می رود.

  • گزینه Startup CPU only if compatible

در این حالت اگر ماژول های واقعی با ماژول های پیکربندی شده در برنامه ی دانلود شده به CPU با هم مطابقت نداشته باشند CPU به حالت STOP می رود.

 

بخش Channel template/Inputs

تنظیماتی که در اینجا انجام می شود می تواند به صورت یک الگو (Template) برای تمامی کانال های ورودی دیجیتا استفاده شود. بنابراین به جای اینکه تنظیمات هر کانال را جدا انجام دهیم یک الگو را برای همه ی آنها تنظیم و اعمال می کنیم. این تنظیمات دارای دو بخش Diagnostics و Input Dealy است.

  • گزینه ی Diagnostics

در این بخش می توان امکانات تشخیص عیب را برای کارت فعال کرد. تا اگر تغذیه کارت قطع شد یا اگر سیم متصل به کانال قطع شد علت را به طور دقیق مشخص کند. فعال سازی این گزینه ها مستلزم وجود وقفه ای به نام Diagnostics Interrupt در CPU می باشد که در جلد بعدی در مورد آن توضیح داده می شود.

با فعال شدن گزینه "No supply voltage L+" در صورت قطع شدن تغذیه کارت، وقفه مربوطه فعال می شود.

با فعال شدن گزینه "Wire break" در صورت قطع شدن سیم کانال ورودی کارت، وقفه مربوطه فعال می شود.

دقت داشته باشید برای اینکه امکان تشخیص قطعی سیم وجود داشته باشد لازم است یک مقاومت 25 تا45 k  با دو سرسوئیچ موازی شده باشد اگر سوئیچ قطع شود این مقاومت در مدار دیده می شود ولی اگر سیم قطع شود مقاومت مسیر بی نهایت خواهد بود. 

  • گزینه ی Input delay

توسط این گزینه می توان تعیین نمود که سیگنال های ورودی دیجیتال با چه میزان تاخیر دریافت شوند. تاخیر اعمالی بر حسب میلی ثانیه است.

 

بخش DI configuration

در این بخش تنظیمات خاصی انجام می شود که برخی از آنها مربوط به بحث شبکه پروفی نت است. قبلا نیز اشاره شد که می توان برای ارتباط با IO ها از ET200 نیز استفاده کرد. کارت IO روی ET200 نصب می شود و از طریق شبکه با CPU متصل می شود. ET200MP یکی از این انواع است که از طریق شبکه پروفی نت به CPU متصل می گردد. کارت هایی که روی ET200MP نصب می شود مشابه کارت های S7-1200 است. به عنوان مثال کارت DC HF 24×16 DI که در اینجا مورد بحث است را می توان روی ET200MP نیز نصب کرد. برخی از تنظیمات پارامترهای کارت مربوط به حالتی است که کارت روی ET200MP نصب شده باشد.

  • گزینه ی (MSI) Copy moduale for Shared Device

در بخش DI configuration دیده می شود که دارای گزینه های مختلفی است، یکی از این گزینه ها MSI نام دارد که مخفف Module Shared Input است و فقط در حالتی که کارت روی ET200MP نصب شود قابل تنظیم است. شبکه پروفی نت در جلدهای بعدی کتاب تشریح می شود ولی در اینجا به اختصار در مورد قابلیت MSI توضیح داده می شود.

اگر در شبکه پروفی نت چند PLC با هم شبکه شده باشند و روی این شبکه یک ET200MP داشته باشیم با تنظیم گزینه MSI می توان اطلاعات ورودی را برای کنترلرهای مختلف Shared کرد تا همه بتوانند از آن استفاده کنند.

MSI مزیت های مختلفی دارد از جمله اینکه بار شبکه را پایین می آورد و نیاز نیست برای اطلاع رسانی وضعیت یک ورودی، بین PLC ها ارتباط تعریف شود و برنامه نویسی تبادل دیتا بین آنها نیز لازم نیست. در عین حال دیتا به صورت Real time همزمان به همه ی کنترلرها داده می شود.

  • گزینه ی Configuration of Submodule

با این گزینه کانال های کارت را می توان به چند دسته تقسیم کرد و در ارتباط MSI هر دسته را به یک کنترلر اختصاص داد. به عنوان مثال برای کارت 16 ورودی می توان آن را به دو دسته ی 8 تایی تقسیم نمود و هر 8 تا را به یک کنترلر مرتبط کرد.

  • گزینه Value status (Quality information)

با فعال سازی این گزینه علاوه بر وضعیت سیگنال که قطع یا وصل است کیفیت آن نیز مشخص می شود. به عنوان مثال اگر تغذیه کارت قطع شود یا اگر سیم متصل به کارت قطع شود کد خطای مربوط به کانال نیز گزارش می شود.

  • گزینه Counter Configuration

از کانال های 0 و 1 این کارت می توان برای شمارش پالس نیز استفاده کرد. پالس هایی با ماکزیمم فرکانس 1 KHZ در این ورودی قابل دریافت است و این دو کانال دارای فانکشن های شمارش هستند که تا حد مشخصی شمارش انجام دهند یا اینکه شمارش به صورت پیوسته تکرار کنند این تنظیمات در قسمت بعد برای این کانال ها انجام می شود.

 

3- پارامتر Inputs

در این قسمت می توان تنظیمات مربوط به کانال های ورودی را انجام داد و دارای چند بخش می باشد.

 

بخش General

در این بخش گزینه ای با عنوان Module Failure وجود دارد که توسط آن می توان تعیین کرد که اگر کارت ورودی دچار مشکل شد PLC مقدار صفر را به عنوان سیگنال در نظر بگیرد (Input Value 0) یا آخرین مقدار را حفظ کند (Keep Last Value)

 

بخش Channel 0-7 و بخش Channel 8-15

در این دو بخش تنظیمات کانال های ورودی انجام می شود که به دو دسته ی 8 تایی تقسیم شده است.

ابتدا می توان مشخص کرد که تنظیمات هر کانال ورودی تابع تنظیمات الگو (Template که قبلا توضیح داده شد) باشد یا مجزا به صورت دستی تنظیم گردد. در صورت استفاده از Template تنظیمات تعیین شده قبلی به تمام کانال ها اعمال می شود. بدیهی است این تنظیمات برای همه کانال ها یکسان هستند ولی در تنظیم دستی هر کانال می تواند تنظیم مجزا و متفاوتی داشته باشد.

در تنظیمات بخش Diagnostics و Input Parameters قبلا بیان شد. تنظیم  Hardware Parameter را در اینجا توضیح می دهیم.

گزینه های Hardware مربوط به وقفه سخت افزاری است. اگر تنظیم شود با تحریک سوئیچ بلافاصله PLC برنامه روتین را قطع کرده و برنامه وقفه سخت افزاری را اجرا می کند بنابراین برای کاربردهای اضطراری می تواند استفاده شود. تحریک سوئیچ را می توان بر اساس لبه بالارونده یعنی تغییر حالت از صفر به یک انجام داد که برای این منظور چک باکس Enable rising edge فعال می شود این تنظیم برای سوئیچ های نرمال باز مفید است. اگر سوئیچ نرمال بسته باشد، تنظیم Enble Falling edge را فعال می کنیم یعنی بر اساس لبه پایین رونده که تغییر حالت از یک به صفر اتفاق می افتد عمل کند.

 

بخش I/O addresses

وقتی کارت به اسلات رک وارد شود، برنامه به طور خودکار به آن آدرس اختصاص می دهد. این آدرس در برنامه نویسی مورد نیاز خواهد بود. در این قسمت می توان آدرس اختصاص یافته به کارت را مشاهده نمود. در برخی شرایط می توان آدرس سیستم را به آدرس دلخواه تغییر داد ولی توصیه می گردد. آدرس های پیش فرض سیستم را تغییر ندهید، مگر انکه ضرورت ایجاب کند مثلا اگر بخواهیم حافظه به صورت بهینه آدرس دهی گردد و فضای خالی بین آدرس ها نباشد آدرس ها را به صورت دستی تغییر می دهیم. بدیهی است اگر آدرس قبلا استفاده شده باشد نرم افزار آن را قبول نخواهد کرد.

 

بخش Hardware identifier

به هر ماژول پس از انتخاب و پیکربندی سخت افزاری، به طور اتوماتیک توسط نرم افزار یک شناسه سخت افزاری نسبت داده شده که در این قسمت نمایش داده می شود

=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=

پیشنهاد نمایندگی زیمنس ایران این است که مقالات مرتبط زیر در اتوماسیون صنعتی را هم مطالعه بفرمایید: