من خزانة التحكم إلى الآلة: تطوير معمارية الإدخال/الإخراج الموزَّع بواسطة نظام SIMATIC ET 200

مقدمة

أصبحت هياكل التشغيل الآلي الصناعي أكثر لامركزيةً بشكلٍ متزايد. فبدلًا من توصيل كابلات كل مستشعر ومُحرِّك إلى خزانة تحكم مركزية كبيرة، ينقل مصنعو الآلات ومشغلو المصانع وظائف الإدخال والإخراج إلى أقرب نقطة ممكنة من عملية الإنتاج. وتلبّي شركة سيمنز هذه المتطلبات عبر سيماتيك محفظة ET 200 لإدخال/إخراج موزَّع ، والتي تشمل وحدات مدمجة بتصنيف حماية IP20 لمراكز التحكم، وكذلك أجهزة قوية بتصنيفات الحماية IP65 وIP67 وIP69K للتركيب المباشر على الآلات.

ويوفّر نظام ET 200SP وحدات إدخال/إخراج مدمجة و قابلة للتوسّع للتشغيل الآلي العام، بينما يوفّر نظام ET 200MP يدعم تطبيقات وحدية عالية الأداء. صُمّمت سلسلة ET 200AL للاستخدام في المساحات المحدودة المخصصة للتركيب، وفي الأجزاء المتحركة من الآلات. وتتيح سلسلة ET 200pro التحكم الوحدوي ووظائف الإدخال/الإخراج خارج الخزانة، بينما توفر سلسلة ET 200eco PN وحدات إدخال/إخراج متينة مصممة خصيصًا للتثبيت على مستوى الحقل. وتشكل هذه الأنظمة معًا أساسًا مرنًا لأتمتة اللامركزية الحديثة.

لماذا نظام إدخال/إخراج موزَّع يقترب أكثر من العملية

في البنية المركزية التقليدية، تتصل إشارات الحقل بشكل فردي بـ بطاقات الإدخال/الإخراج في خزانة التحكم الرئيسية. وهذه الطريقة بسيطةٌ بالنسبة للآلات الصغيرة، لكن متطلبات الكابلات تزداد بسرعةٍ كبيرةٍ كلما زادت المسافة بين وحدة التحكم والأجهزة الميدانية. وتقوم محطة الإدخال/الإخراج الموزَّعة بجمع الإشارات بالقرب من الآلة، وتبادل بيانات العمليات مع وحدة التحكم عبر شبكة صناعية مثل PROFINET. وبذلك يمكن إرسال مدخلات رقمية، وقياسات تحليلية، ومخرجات المحركات، وبيانات IO-Link، ومعلومات التشخيص عبر بنية اتصال مشتركة.

يمكن لكابلات أجهزة الاستشعار والمحركات الأقصر أن تقلِّل من جهد التركيب، واستخدام قنوات الكابلات، والأخطاء في التوصيل. كما تُسهِّل المحطات المحلية البناء الوحدوي للآلات. ويمكن هندسة قسم ناقل، أو وحدة تعبئة، أو وحدة عملية كوحدة وظيفية مستقلة، ثم ربطها بوحدة التحكم العليا عند تركيب خط الإنتاج. ويحسِّن هذا التغيير المعماري أيضًا عمليات التشخيص. وتتميز أنظمة الإدخال/الإخراج الموزَّعة الحديثة بإدخال/إخراج موزَّع يمكنه الإبلاغ عن أعطال القناة وانقطاع الأسلاك والدوائر القصيرة وغياب جهد التحميل وحالة الجهاز إلى نظام الأتمتة. ويحصل موظفو الصيانة على معلومات أكثر دقةً مما هو متاح في التركيبات التقليدية القائمة على المحطات.

ال محفظة SIMATIC ET 200 تشمل التكوينات المُركَّبة داخل الخزائن والمُركَّبة مباشرةً على الآلات، ما يسمح للمهندسين باختيار درجة حماية التجهيزات وكثافة الوحدات وواجهة الشبكة ومفهوم الخدمة المطلوبة لكل منطقة آلية.

إي تي ٢٠٠ إس بي و نظام ET 200MP تحسين الأتمتة القائمة على الخزائن

SIMATIC ET 200SP مخصصة للتطبيقات التي تتطلب كثافة قنوات عالية في خزانة تحكم مدمجة أو صندوق تحكم لامركزي. وهي تتكوّن من وحداتٍ قابلة للتركيب بشكلٍ معياري تشمل وحدات الواجهة ووحدات المعالجة المركزية ومدخلات/مخرجات رقمية وتناظرية ووحدات السلامة الفاعلة ووحدات الاتصال ووحدات التكنولوجيا ومكونات بدء تشغيل المحركات.

تُبسِّط تكنولوجيا الطرفية المُدخلة تركيب الأسلاك في الموقع، بينما يفصل مفهوم الوحدة القاعدية بين وظائف الطرفية والوحدة الإلكترونية. وباعتماد التكوين المختار، يمكن استبدال الوحدات أو صيانتها دون الحاجة إلى فك المحطة بكاملها. وتُساعد التشخيصات المدمجة على مستوى القناة والوحدة الفنيين في تحديد الأعطال بسرعة.

ال نظام ET 200SP يدعم أيضاً هياكل اتصال مختلفة. وتتيح وظيفة متعدد الحافلات (MultiFieldbus) لأنظمة مختارة العمل عبر PROFINET أو EtherNet/IP أو Modbus TCP، ما يمنح مصنّعي الآلات مرونة أكبر عند توريد المعدات لعملاء مختلفين. كما توفر وحدات الماستر الخاصة بـ IO-Link طبقة إضافية من الاتصال لأجهزة الاستشعار والمشغّلات الذكية.

نظام ET 200MP يُقدِّم نطاق أداء مختلفًا. ويستخدم تكنولوجيا المدخلات/المخرجات الوحدية المرتبطة بجهاز SIMATIC S7-1500، وهو مناسب للتطبيقات التي تتطلب معالجة إشارات عالية السرعة، أو مزامنة دقيقة، أو تكوين وحدات مركزية كبيرة. ويمكن تركيبه كمدخلات/مخرجات محلية جنبًا إلى جنب مع وحدة تحكم S7-1500، أو استخدامه في محطة موزَّعة عبر وحدة واجهة مناسبة.

بالتالي، إي تي ٢٠٠ إس بي يتم اختياره غالبًا عندما تكون الصغر في الحجم والمرونة في توسيع القنوات هما المتطلبات الأساسية، بينما يناسب ET 200MP الآلات المتطورة وأنظمة الإنتاج التي تتطلب سرعة معالجة عالية، ودقة قياس عالية، وتشغيلًا محدَّدًا زمنيًّا.

ET 200AL و ET 200pro أحضر المدخلات/المخرجات مباشرةً إلى الجهاز.

يتطلب إزالة خزانة التحكم أجهزة مدخلات/مخرجات قادرة على تحمل الغبار والاهتزاز والزيت والرطوبة والتأثيرات الميكانيكية. SIMATIC ET 200AL و ET 200pro يتعامل مع هذه الظروف باستخدام أغلفة محمية وتكنولوجيا اتصال موجَّهة نحو الموقع.

SIMATIC ET 200AL نظام مدمج بدرجة حماية IP65/67 صُمّم لمساحات التركيب الضيّقة. وتتميّز وحداته الضيّقة والخفيفة الوزن بإمكانية تركيبها باتجاهات مختلفة، بما في ذلك تركيبها على المكونات الآلية المتحركة. وتتيح موصلات M8 وM12 توصيل أجهزة الاستشعار والمبدّلات دون الحاجة إلى شرائط التوصيل التقليدية.

تشمل التطبيقات النموذجية لأنظمة ET 200AL آلات التجميع وأنظمة مناولة المواد والمعدات التعبئية المدمجة والأقسام الآلية التي تقتضي تقليل الوزن ومساحة التركيب. ويؤدي وضع وحدات الإدخال/الإخراج قرب الأجهزة الميدانية إلى تقليل طول الكابلات، ما قد يخفض خطر تلف الأسلاك في التطبيقات المتحركة.

سيماتيك إي تي ٢٠٠ برو يوفر منصة أكثر تعددية بدرجة حماية IP65/67 للتركيب المباشر على الآلات. وبجانب وحدات الإدخال/الإخراج القياسية والآمنة ضد الأعطال، يمكن دمج وظائف الاتصال ومبدّئات المحركات والوحدات التحكمية الموزَّعة ضمن النظام. وهذا يجعله مناسبًا لأنظمة النقل والخطوط التصنيعية للسيارات ومرافق اللوجستيات وغيرها من الآلات التي تتطلب محطة أتمتة محلية أكبر.

وبالتالي، يمكن لجهاز ET 200pro أن يعمل كواجهة إشارات بعيدة فحسب، بل وأكثر من ذلك. وبفضل وحدة المعالجة المركزية المدمجة فيه، يمكن لقسم الآلة معالجة مهام التحكم محليًّا مع البقاء متصلًا بشبكة المصنع. ويمكن لمفهوم الذكاء الموزَّع هذا أن يقلِّل أوقات الاستجابة ويجعل وحدات الآلات القياسية أسهل في إعادة الاستخدام.

يُوسِّع جهاز ET 200eco PN نطاق وحدات الإدخال/الإخراج الكتلية الخالية من الخزانات

ليست كل التطبيقات تتطلّب محطةً وحدويةً. وعندما يجب تركيب عددٍ معيَّنٍ من القنوات مباشرةً في الموقع الميداني، سيماتيك إي تي ٢٠٠ إيكو بي إن يوفِّر بديلاً مدمجًا لوظائف الإدخال/الإخراج الكتلية.

ET 200eco PN يكتسب أهميةً خاصةً في خطوط النقل، وأنظمة المناولة، والمعدات الخارجية، ومناطق الإنتاج التي يؤدي فيها تركيب صندوق تحكم إضافي إلى زيادة التكلفة أو احتلال مساحةٍ قيمة. وتتيح الوظائف الرقمية والتناظرية ومعيار IO-Link والوظائف الآمنة ضد الأعطال للنظام تلبية طائفة واسعة من المتطلبات على المستوى الميداني.

يَعتمد الاختيار بين طرازات ET 200eco PN وET 200AL وET 200pro على عوامل تتجاوز حماية البيئة. ويجب على المهندسين أن يأخذوا في الاعتبار ما إذا كانت التطبيق يتطلب وحدات إدخال/إخراج ثابتة أو توسيعًا وحدويًّا، وقدرة التحكم المحلية، والقنوات الآمنة ضد الأعطال، ووظائف إدارة المحركات، ومرونة استبدال الوحدات، والسعة المستقبلية.

كما ينبغي تقييم بنية الشبكة وتقطيع التغذية الكهربائية والتتوافق الكهرومغناطيسي وترميز الموصلات وسهولة الصيانة أثناء مرحلة التصميم. ونقل وحدات الإدخال/الإخراج إلى مكان أقرب إلى الماكينة يقلل من التوصيلات التقليدية، لكنه يرفع من أهمية التنسيق في تركيب المعدات الميدانية وتشخيص أعطالها.

الخاتمة

SIMATIC ET 200 يُظهر كيف تطورت وحدات الإدخال/الإخراج الموزَّعة من كونها امتدادًا بعيدًا لوحدة التحكم المنطقية المركزية إلى أن أصبحت طبقة أتمتة كاملة.

بمطابقة كل منطقة ماكينة مع عائلة ET 200 المناسبة وبالتالي، يمكن للمصنّعين تقليل عدد الأسلاك، وتحسين أنظمة التشخيص، وبناء أنظمة إنتاجٍ أكثر ت moduleNameً. والنتيجة هي بنية تشغيل آلي تمتد من خزانة التحكم إلى الجهاز نفسه، مع الحفاظ على ممارسات اتصال وهندسة وصيانة متسقة.