فهرست مطالب
Central Rack و Expansion Rack چه تفاوتی دارند؟
در PLC ماژولار، همه کارتها الزاماً روی یک ریل یا رک قرار نمیگیرند. رک مرکزی یا Central Rack محل CPU و هسته اصلی سیستم است. وقتی ظرفیت اسلاتهای این رک کافی نباشد، با ماژولهای رابط و کابل باس میتوان یک یا چند Expansion Rack به سیستم اضافه کرد.
رک توسعه با Remote I/O یکسان نیست. Expansion Rack ادامه باس داخلی PLC است و محدودیت فاصله، نوع ماژول و کابل مخصوص خود را دارد. Remote I/O معمولاً از شبکههایی مانند PROFIBUS DP یا PROFINET استفاده میکند و برای فاصله بیشتر یا توزیع تجهیزات در نقاط مختلف کارخانه مناسبتر است.
ساختار رک و شمارهگذاری در S7-300
در پیکربندی متداول S7-300، رک مرکزی با شماره Rack 0 تعریف میشود. در صورت پشتیبانی CPU، سه رک توسعه با شمارههای Rack 1، Rack 2 و Rack 3 قابل اضافهشدن هستند. بنابراین سیستم میتواند در مجموع چهار رک داشته باشد. محدودیت واقعی باید از مشخصات CPU، IM و ماژولهای انتخابشده کنترل شود.
در Rack 0 معمولاً PS در Slot 1، CPU در Slot 2 و ماژول رابط در Slot 3 قرار میگیرد. ماژولهای SM، FM و CP در Slotهای بعدی نصب میشوند. در رکهای توسعه نیز IM در محل تعیینشده قرار میگیرد و ماژولهای مجاز از Slot 4 به بعد تعریف میشوند.
توسعه ساده S7-300 با IM365
IM365 بهصورت یک جفت ماژول آماده عرضه میشود: یک بخش در Rack 0 و بخش دیگر در Rack 1 نصب میشود. کابل اتصال یکمتری از قبل روی مجموعه قرار دارد؛ بنابراین برای اضافهکردن فقط یک رک نزدیک، راهحل سادهای است.
طبق اطلاعات فنی زیمنس، مجموع جریان قابل ارائه این زوج 1.2 آمپر است و حداکثر 0.8 آمپر برای هر رک قابل استفاده است. در Rack 1 فقط Signal Module مجاز است و IM365 باس ارتباطی یا K-Bus را به رک توسعه منتقل نمیکند. در نتیجه نمیتوان هر CP یا FM دلخواهی را مانند ساختار کامل IM360/IM361 در Rack 1 قرار داد.
| ویژگی | IM365 | نتیجه مهندسی |
|---|---|---|
| تعداد رک توسعه | فقط Rack 1 | برای توسعه کوچک و نزدیک مناسب است |
| کابل | ثابت و آماده، طول 1 متر | انعطاف فاصله محدود است |
| نوع ماژول در Rack 1 | Signal Module | قبل از انتخاب CP/FM باید محدودیت باس بررسی شود |
| جریان باس | مجموع 1.2 A؛ حداکثر 0.8 A برای هر رک | Power Budget باید محاسبه شود |
| K-Bus در Rack 1 | منتقل نمیشود | رک توسعه برای ماژولهای ارتباطی مناسب نیست |
توسعه S7-300 با IM360 و IM361
برای توسعه کاملتر، IM360 بهعنوان ماژول ارسالکننده در Rack 0 و IM361 بهعنوان ماژول دریافتکننده در Rackهای 1 تا 3 استفاده میشود. انتقال داده از IM360 به IM361 و بین IM361های متوالی با کابلهای سری 368 انجام میشود.
فاصله مجاز بین IM360 و IM361 طبق دادههای زیمنس حداکثر 10 متر است. کابلهای اتصال در طولهای 1، 2.5، 5 و 10 متر وجود دارند. IM361 با 24VDC تغذیه میشود و از طریق Backplane Bus جریان لازم برای ماژولهای همان رک را تأمین میکند؛ بنابراین مصرف جریان تمام کارتها باید محاسبه شود.
IM365 را انتخاب کنید اگر
فقط یک رک توسعه نزدیک دارید، ماژولهای Rack 1 همگی Signal Module هستند و کابل ثابت یکمتری کافی است.
IM360/IM361 را انتخاب کنید اگر
به Rack 1 تا Rack 3، فاصله بیشتر، کابل قابل انتخاب یا انتقال کاملتر باس برای ماژولهای سازگار نیاز دارید.
تعریف Expansion Rack در STEP 7 و Hardware Config
- از پروژه و CPU موجود Backup معتبر تهیه کنید و Order Number تجهیزات واقعی را یادداشت کنید.
- در HW Config، Rack 0 و CPU را مطابق سختافزار موجود تعریف کنید.
- IM360 یا بخش ارسال IM365 را در Slot مجاز رک مرکزی قرار دهید.
- Rackهای 1 تا 3 را فقط به تعداد موردنیاز اضافه و IM361 یا بخش دریافت IM365 را در محل صحیح تعریف کنید.
- ماژولهای هر رک را با همان Order Number و همان ترتیب فیزیکی وارد کنید.
- آدرسهای I/O را کنترل کنید تا با برنامه PLC، HMI، آلارمها و نقشه برق تداخل نداشته باشد.
- پروژه را Save and Compile کنید و خطاهای سازگاری را قبل از دانلود برطرف کنید.
- پس از نصب، Diagnostic Buffer، LEDهای IM و وضعیت Online ماژولها را بررسی کنید.
انواع رک در PLC زیمنس S7-400
در S7-400 رک فقط نگهدارنده مکانیکی نیست؛ Backplane Bus، تغذیه و ارتباط بین ماژولها را فراهم میکند. انتخاب اشتباه نوع رک میتواند باعث محدودیت در CPU، IM، CP یا ماژولهای تخصصی شود.
| نوع رک | تعداد اسلات | کاربرد کلی | نکته مهم |
|---|---|---|---|
| UR1 | 18 | Universal Rack برای رک مرکزی یا توسعه در پیکربندی مجاز | دارای I/O Bus و Communication Bus |
| UR2 | 9 | نسخه فشرده Universal Rack | برای پروژههایی با تعداد اسلات کمتر |
| UR2-H | 18؛ دو بخش 9 اسلاتی | ساختار دو سگمنتی برای سیستمهای H | هر بخش باسهای جداگانه دارد |
| CR2 | 18؛ سگمنتهای 10 و 8 اسلاتی | Central Rack سگمنتبندیشده | P-Bus جدا و K-Bus پیوسته بین دو سگمنت |
| CR3 | 4 | رک مرکزی فشرده برای سیستم استاندارد | برای High Availability طراحی نشده است |
| ER1 | 18 | Expansion Rack اقتصادی | باس و ماژولهای قابل استفاده محدودترند |
| ER2 | 9 | Expansion Rack فشرده | قبل از استفاده CP/FM محدودیت باس بررسی شود |
P-Bus و K-Bus چه هستند؟
P-Bus یا I/O Bus برای تبادل داده فرایندی با ماژولهای ورودی و خروجی استفاده میشود. K-Bus یا Communication Bus برای ارتباط با ماژولهایی که به باس ارتباطی نیاز دارند اهمیت دارد. بعضی رکها یا زوجهای IM فقط P-Bus را منتقل میکنند؛ به همین دلیل ممکن است یک SM کار کند اما CP یا FM در همان رک قابل استفاده نباشد.
توسعه رک S7-400 با IM460 و IM461
در S7-400 معمولاً IM460 در Central Rack نقش Sender و IM461 در Expansion Rack نقش Receiver را دارد. پسوند دو ماژول باید با یکدیگر سازگار باشد؛ برای مثال IM460-3 با IM461-3 استفاده میشود. هر زوج از نظر طول کابل، انتقال 5V و انتقال Communication Bus رفتار متفاوتی دارد.
| زوج رابط | نوع توسعه | حداکثر طول کل اعلامشده | انتقال Communication Bus | ویژگی اصلی |
|---|---|---|---|---|
| IM460-0 / IM461-0 | Local بدون انتقال 5V | 5 متر | بله | رک توسعه منبع تغذیه مناسب خود را نیاز دارد |
| IM460-1 / IM461-1 | Local با انتقال 5V | 1.5 متر | خیر | هر زنجیره فقط یک ER؛ محدودیت نصب PS با IM461-1 |
| IM460-3 / IM461-3 | Remote | 102.25 متر | بله | برای فاصله بیشتر همراه با K-Bus |
| IM460-4 / IM461-4 | Remote | 605 متر | خیر | فاصله زیاد با محدودیت باس ارتباطی |
اعداد بالا حداکثر طول کل زنجیره در مستندات سختافزار هستند. نوع کابل، Terminator، اختلاف پتانسیل، ارت و مسیر کابل باید مطابق همان زوج IM طراحی شود. استفاده از کابل نامناسب یا ترکیب پسوندهای متفاوت میتواند کل Expansion Rack را از دسترس CPU خارج کند.
محدودیتهای مهم توسعه رک در S7-400
- در معماریهای پشتیبانیشده، حداکثر 21 Expansion Rack میتواند به یک Central Rack متصل شود.
- شماره هر ER از 1 تا 21 روی Coding Switch ماژول دریافتکننده تنظیم میشود و نباید تکراری باشد.
- حداکثر شش Send IM میتواند در Central Rack قرار گیرد؛ تعداد مدلهای دارای انتقال 5V محدودتر است.
- هر زنجیره بدون انتقال 5V میتواند تا چهار ER داشته باشد؛ زنجیره دارای انتقال 5V به یک ER محدود است.
- انتقال داده Communication Bus به تعداد کمتری از رکها محدود میشود؛ بنابراین عدد 21 به معنی امکان استفاده آزادانه از تمام CP/FMها در همه رکها نیست.
- حداکثر طول کل کابل بر اساس نوع IM باید رعایت شود.
چطور معماری مناسب را انتخاب کنیم؟
ابتدا تعداد و نوع ماژولها را برای هر تابلو مشخص کنید. سپس بررسی کنید هر ماژول فقط P-Bus میخواهد یا به K-Bus هم وابسته است. فاصله واقعی بین رکها، نیاز تغذیه، تعداد Rack، قطعات موجود و امکان توقف خط نیز باید در تصمیم دخیل باشند.
برای یک رک نزدیک با Signal Module محدود، IM365 میتواند سادهترین انتخاب S7-300 باشد. برای سه رک توسعه یا ماژولهای متنوعتر، IM360/IM361 مناسبتر است. در S7-400 نیز انتخاب UR/ER و پسوند IM460/IM461 باید همزمان انجام شود؛ انتخاب فقط بر اساس فاصله کابل کافی نیست.
اگر تابلوها فاصله زیادی دارند یا توسعه آینده مهم است، مقایسه با ET 200 و Remote I/O روی PROFIBUS/PROFINET منطقی است. در پروژههای نوسازی نیز ممکن است مهاجرت تدریجی به S7-1500 و ET 200 از افزودن سختافزار قدیمی قابل نگهداریتر باشد.
خطاهای رایج بعد از اضافهکردن رک
| علامت | علتهای محتمل | بررسی پیشنهادی |
|---|---|---|
| CPU به STOP میرود | چیدمان فیزیکی با HW Config یکسان نیست، Order Number اشتباه یا رک تعریف نشده | Diagnostic Buffer و مقایسه Online/Offline |
| همه کارتهای یک ER در دسترس نیستند | قطع کابل IM، نبود Terminator، تغذیه IM361/IM461 یا شماره رک اشتباه | LEDهای IM، 24VDC، کابل و Coding Switch |
| SM کار میکند اما CP/FM نه | K-Bus به رک منتقل نشده یا ماژول در آن Rack مجاز نیست | جدول باس رک و مشخصات زوج IM |
| خطا پس از افزودن چند کارت | Power Budget باس یا منبع تغذیه کافی نیست | جمع جریان مصرفی تمام ماژولهای همان رک |
| خطای متناوب ارتباط | طول کابل، شیلد، ارت، نویز یا اختلاف پتانسیل | مسیر کابل، همبندی، اتصال شیلد و محدودیت Manual |
| آدرسها جابهجا شدهاند | تغییر Slot یا تخصیص خودکار آدرس پس از اضافهکردن Rack | آدرسهای I/O، برنامه، HMI و مستندات برق |
برای شناخت وظیفه و ترتیب ماژولهای PS، CPU، SM، IM، FM و CP، مقاله چیدمان ماژولهای S7-300 و S7-400 را نیز بخوانید. همچنین در مقاله انواع PLC زیمنس جایگاه این دو خانواده نسبت به S7-1200 و S7-1500 توضیح داده شده است.
سؤالات متداول درباره توسعه رک S7-300 و S7-400
S7-300 حداکثر چند رک دارد؟
در ساختار متداول و در صورت پشتیبانی CPU، یک Rack 0 و حداکثر سه رک توسعه Rack 1 تا Rack 3 قابل تعریف است. محدودیت CPU و IM واقعی باید بررسی شود.
تفاوت IM365 با IM360 و IM361 چیست؟
IM365 یک زوج آماده برای فقط یک رک توسعه با کابل ثابت یکمتری است و در Rack 1 فقط Signal Module را پشتیبانی میکند. IM360/IM361 برای چند رک و کابلهای قابل انتخاب انعطاف بیشتری دارد.
IM360 و IM361 کجا نصب میشوند؟
IM360 در Rack 0 قرار میگیرد. IM361 در Rackهای توسعه 1 تا 3 نصب میشود و ارتباط را از IM360 یا IM361 رک قبلی دریافت میکند.
S7-400 حداکثر چند Expansion Rack دارد؟
طبق راهنمای زیمنس، در معماری مناسب تا 21 ER قابل اتصال است؛ اما CPU، نوع IM، زنجیرهها، K-Bus، طول کابل و تغذیه محدودیت عملی ایجاد میکنند.
آیا CPU را میتوان در Expansion Rack نصب کرد؟
در سیستم استاندارد CPU در Central Rack نصب میشود. معماریهای H و رک UR2-H قوانین جداگانه دارند و نباید با Expansion Rack معمولی یکسان فرض شوند.
جمعبندی
برای توسعه S7-300، IM365 راهحل ساده یکرکی است؛ در حالی که IM360 و IM361 امکان ایجاد Rack 1 تا Rack 3 و استفاده از کابلهای سری 368 را فراهم میکنند. در S7-400 ابتدا باید نوع Rack و نیاز P-Bus/K-Bus مشخص شود و سپس زوج سازگار IM460/IM461 بر اساس فاصله و ساختار انتخاب شود.
مهمترین اصل این است که تعداد رک، ترتیب اسلات، Order Number، طول کابل، Power Budget و Hardware Configuration همگی با سختافزار واقعی یکسان باشند. در عیبیابی نیز Diagnostic Buffer و LEDهای IM سریعترین نقطه شروع هستند.
برای مقایسه کنترلرهای کامپکت جدید زیمنس و بررسی مسیر ارتقا، مقاله PLC زیمنس S7-1200 G2؛ تفاوتها و راهنمای مهاجرت را مطالعه کنید.