انواع سیستم افزاونه در plc s7 زیمنس

مهرداد سبزواری

انواع سیستم افزونه در plc های s7زیمنس

 افزونگی در سطح اتوماسیون

افزونگی در 4 سطح قابل اعمال است 
1-رایج ترین آن، استفاده همزمان از 2 cpu یا به عبارتی سیستم افزونه  فقط برای cpu کنترلر می باشد و
گران ترین آن، سیستم افزونه  برای ورودی ها و خروجی های سیستم می باشد

2-افزونگی شبکه .تعداد مسیرهای ارتباطی شبکه به گونه ای است که اگر یک شبکه قطع یا دچار مشکل شد ارتباط کماکان برقرار باشد

3-افزونگی i/o:تعداد ماژول های ورودی و خروجی بهگونه ای است که اگر یک ماژول دچار مشکل شد سیستم از ماژول جایگزین استفاده کند

4-افزونگی وسایل فیلد:افزونگی سنسورها و عملگرها به گونه ای است که اگر یک سنسور دچار مشکل شد سنسور دیگر جایگزین آن شود

انواع افزونگی

Cold Redundancy یا افزونگی سرد

ین شیوه پیاده‌سازی، بسیار ساده‌تر از بقیه است. افزونگی سرد در تأسیساتی استفاده می‌شود که زمان پاسخ‌دهی سیستم برای ما اهمیت بالایی نداشته باشد، و امکان دخالت اپراتور در سیستم وجود داشته باشد. به این معنی که این امکان وجود دارد که برای مدتی سیستم خراب شده از مدار خارج باشد و تأسیسات کار نکنند، تا اپراتور بتواند سیستم پشتیبان را به صورت دستی جایگزین کند. در واقع یک سیستم پشتیبان خاموش همیشه وجود دارد،‌ و به محض این که اپراتور متوجه خرابی سیستم اصلی شد، می‌تواند آن را از مدار خارج کند و سیستم پشتیبان را روشن کرده جایگزین نماید. کل عملیات جایگزینی با صلاحدید اپراتور و به صورت دستی انجام می‌شود.

Warm Redundancy یا افزونگی گرم

کارکرد این شیوه مختص تأسیساتی است که در آنها پاسخ‌دهی و کارکرد همیشگی سیستم اهمیت بالایی دارد، اما با این حال، این قابل قبول است که برای مدتی کوتاه، (به عنوان مثال چندین ثانیه) سیستم کنترل از مدار خارج باشد. در این شیوه، در زمان جایگزینی سیستم پشتیبان، انتظار یک پرش (Bump) یا یک خاموشی کوتاه مدت در تأسیسات تحت کنترل را داریم. مثلاً ممکن است شیرها، موتورها و سایر دستگاه‌ها برای مدت کوتاهی خاموش شوند، و همچنین سنسورها نتوانند داده‌ای به سیستم کنترل ارسال کنند.

***نکته  مهم

در حالت عادی، ماژول اصلی داده‌های ورودی را از کارت‌های ورودی می‌خواند و پس از تحلیل و اجرای برنامه بر روی مقادیر فعلی، داده‌های خروجی را تولید می‌کند. این ماژول به طور دوره‌ای، ماژول پشتیبان را بروز رسانی می‌کند و از آخرین مقادیر سیگنال‌ها باخبر می‌سازد. بنابراین ممکن است، لحظه‌ای که ماژول پشتیبان می‌خواهد جای ماژول اصلی را بگیرد، در بازه‌ای از گذر دوره‌ی بروزرسانی باشد که آخرین مقادیر سیگنال‌ها را نداشته باشد. یعنی اختلافی بین مقادیر واقعی و آخرین داده‌هایی که ماژول پشتیبان دارد وجود داشته باشد. این مسئله می‌تواند موجب ایجاد یک پرش در مقادیر شود

Hot Redundancy یا افزونگی داغ

این شیوه پیاده‌سازی، در جایی استفاده می‌شود که تحت هیچ شرایطی، از دست رفتن کنترل تأسیسات و از مدار خارج بودن سیستم کنترل، حتی برای لحظاتی کوتاه، قابل قبول نیست.

ساختار سخت‌افزاری در این شیوه، مانند افزونگی گرم طراحی می‌شود. اما سیستم‌های افزونگی داغ از جایگزینی بدون پرش (Bump-less switchover) پشتیبانی می‌کنند. در این شیوه می‌بایست مکانیزم‌های انتقال داده، ارتباط با سایر سیستم‌ها، بروزرسانی سیستم پشتیبان و اجرای برنامه به نحوی طراحی شده باشد که در لحظه انتقال وظیفه بین ماژول اصلی و پشتیبان، در اجرای هیچ کدام از این مکانیزم‌ها وقفه‌ای نیفتد

اهداف استفاده از سیستم های ریداندانت زیمنس

با توجه به توضیحات مختصری که در بالا داده شد تعدادی از قابلیت ها و علت استفاده از سیستم های ریداندانت زیمنس را ذکر میکنیم :

بالا بردن قابلیت دسترسی بیشتر و همچنین ضریب اطمینان کارکرد یک سیستم اتوماسیون

جلوگیری از توقف و ایست سیستم اتوماسیون در صورت بروز خطا

جلوگیری از ایجاد باگ و خرابکاری در روند اجرای اتوماسیون

حفاظت از حرکت اتوماسیون ، جلوگیری از خسارات مالی و جانی

جلوگیری از خاموش شدن و قطع کلی یک سیستم اتوماسیون

خب حالا که با سیستم های افزونه آشنا شدیم  با انواع سیستم های افزونه زیمنس آشنا میشویم

در محصولات زیمنس کنترل افزونه به دو صورت است 

1-swr زیمنس :یا افزونگی با دو cpu 300 یا دو cpu 400 انجام میشود 

2-hwr زیمنس:این افزونه فقط با دو cpu 400 قابل انجام است

حال میخواهیم به بروز ترین سیستم افزونه زیمنس یعنی سیستم افزونه S7-1500 بپردازیم

همانطور که میدانید سیستم های ریداندانتمجموعه ای از عملکرد های خاص شامل برنامه ریزی ، برنامه نویسی پردازنده ها ، ارتباطات بین ماژول ها و سیستم ها و …. جهت تشکیل یک در بخش های مختلف صنعت با عملکردها و رفتار مختلف و متناسب با خواست کاربر یا سیستم می باشد .

اما در سیستم های ریداندانت S7 1500 R/H  که موضوع مبحث ماست یکی از مهم ترین بخشها تکثیر و دابل کردن سی پی یو هست و بیان دیگر تنظیم و موازی کردن دو یا چند سی پی یو برای یک پروژه که همان برنامه مورد نظر کاربر و همان داده های پروژه را به صورت موازی پردازش و تکرار میکند . که برای این عمل و سیستم ریداندانت و همگون سازی چندین اتصال بین سی پی یو هاست  که با استفاده از سیستم های ریداندانت و قابلیت این سیستم ها در صورتی که یک سی پی یو نتواند پردازش و کارکرد درست داشته باشد سی پی یو دیگر کنترل پروسه را به دست گرفته و سیستم و اتوماسیون را حفظ نماید این ویژگی یکی از مهمترین کاربرد های سیستم های ریداندانت در اتوماسیون صنعتی محسوب میشود که در صنعت های مختلف و با کاربردهای گوناگون بسیار حیاتی و نجات بخش می باشد 

نحوه عملکرد سیستم های ریداندانت   S7 1500 R/H زیمنس

فرض کنید در محلی مانند تونل های شهری که مسافت و طول تونل زیاد باشد بخواهیم از این سیستم استفاده کنیم که به اصلاح فنی باید نوعی سیستم در محل مستقر گردد که زمان خواب نداشته باشد و از خواب سیستم در تمام مدت طول اجتناب شود راه حل این گونه محل ها سیستم های ریداندانت S7 1500 R/H زیمنس است بدین ترتیب که وظیفه اتوماسیون توسط این سیستم مشخص می گردد و اتوماسیون کنترل روشنایی در تمامی مسیر تونل و همچنین تهویه در تونل با توجه به تنظیم سنسور های غلظت آلاینده ها در داخل تونل و کنترل مقدار غلظت توسط فرمان به دستگاه تهویه و …. را بعهده میگیرد و مراحل اتوماسیون به صورت دائمی و بدون توقف و خاموشی انجام میگردد.

در نتیجه با استقرار سیستم ریداندانت در طول مسیر طول عملیات بی وقفه سیستم تهویه و حفظ غلظت استاندارد آلاینده ها زیر سطح مشخص شده و همچنین کنترل ایمنی تونل مثلا در صورت بروز آتش سوزی در تونل یا خرابی خودرو ها در تونل به صورت اتوماسیون انجام میشود .

جمع بندی

با توجه به موارد بالا متوجه میشویم که افزونگی برای جلوگیری از توقف کنترل استفاده میشود و در محیط های مهم که از کار افتادن plc منجر به تحمل ضرر و هزینه های زیاد میشود 

تا قبل از معرفی افزونگی 1500 سیستم های افزونگی توسط s7-400 انجام میشد که عملیات همزمانی توسط دو ذوج کابل فیبر نوری انجام میشود و با از کار افتادن هر cpu بلافاصله cpu پشتیبان وارد مدار میشود 

در سیستم های افزونه swr عملیات همزمانی توسط شبکه پروفی باس و mpi انجام میگردد و به محض قطع شدن یک cpu سویچ به cpu دیگر انجام میشود ولی ئر این سیستم عملیات انتقال یاswitch over کندتر از سیستم افزونه hwr میباشد

ولی در سیستم های 1500 عملیات همزمانی توسط شبکه پروفی نت انجام میشود 

آموزش نرم افزار tia portal در قالب پروژه تصفیه خانه بخش فیزیکی واحد پمپاژ