معرفی و بررسی فنی منبع تغذیه‌ سری ۱۵۰۰ زیمنس PS 25W 24 V DC با کد فنی 6ES7505-0KA00-0AB0

منبع تغذیه سیستم سری ۱۵۰۰

۲۵ وات ۲۴ ولت DC 

ولتاژ عملیاتی backplane bus یا همان باس‌کانکتورها را تأمین می‌کند.

 

بررسی فنی منبع تغذیه سیستم زیمنس SIMATIC PS 25W 24V DC با کد فنی 6ES7505-0KA00-0AB0

در معماری سخت‌افزاری پی‌ال‌سی‌های خانواده SIMATIC S7-1500 زیمنس، مفاهیم تغذیه الکتریکی به دو دسته کاملاً مجزا تقسیم می‌شوند: منابع تغذیه بار (Load Power Supplies - PM) و منابع تغذیه سیستم (System Power Supplies - PS). در حالی که ماژول‌های سری PM ولتاژ ۲۴ ولت DC را برای مدارهای خروجی، بوبین رله‌ها و تغذیه سنسورها تامین می‌کنند، ماژول‌های سری PS نقش مستقیم در زنده نگه‌داشتن مدارات داخلی، ریزپردازنده‌ها و ارتباطات گذرگاه پشت ریل (Backplane Bus) ایفا می‌کنند.

منبع تغذیه سیستم PS 25W 24 V DC با کد فنی 6ES7505-0KA00-0AB0 یک ماژول فوق‌العاده تخصصی و حیاتی است که وظیفه تبدیل ولتاژ ورودی ۲۴ ولت DC به ولتاژهای کاری داخلی مورد نیاز بستر ارتباطی (Backplane) سیستم S7-1500 را بر عهده دارد. در این کالبدشکافی عمیق فنی، به بررسی لایه‌های تکنولوژیکی، تفاوت‌های ساختاری این رده با رده PM، نحوه محاسبات توان با گذرگاه پشت ریل و الزامات مهندسی پیاده‌سازی این ماژول خواهیم پرداخت.

 

• تفاوت بنیادی منابع تغذیه سیستم (PS) با منابع تغذیه بار (PM)

برای درک عمیق عملکرد ماژول 6ES7505-0KA00-0AB0 ابتدا باید مرز باریک اما بسیار مهم میان دو مفهوم تغذیه‌ای را در سیستم S7-1500 شفاف کنیم:

• منبع تغذیه بار (PM - Load Power Supply): این منابع تغذیه (مانند سری PM 1507) فاقد اتصال مستقیم به باس پشت ریل (Backplane Bus) هستند. وظیفه آن‌ها تبدیل برق شبکه (AC) به ۲۴ ولت DC و تحویل آن به کانکتور جلویی CPU و ماژول‌ها جهت تغذیه ترمینال‌های ورودی/خروجی فیزیکی است.
• منبع تغذیه سیستم (PS - System Power Supply): ماژول‌های سری PS (مانند همین مدل ۲۵ واتی) به طور مستقیم از طریق ساختار U-Connector به گذرگاه یا همان باس پشت ریل متصل می‌شوند. هدف اصلی آن‌ها تامین ولتاژهای اختصاصی و کمکی داخلی (پایه ولتاژهای منطقی ۵ ولت و سایر ولتاژهای کاری پردازنده‌ها) برای تمام ماژول‌های نصب‌شده روی ریل است تا تراشه‌های مخابراتی، LEDهای وضعیت کارت‌ها و پردازنده‌های داخلی کارت‌های I/O به درستی کار کنند.

 

• مشخصات الکتریکی ورودی و خروجی ماژول 6ES7505-0KA00-0AB0

این ماژول به عنوان یک مبدل DC-to-DC با راندمان بالا و نویز فوق‌العاده کم طراحی شده است:

• ولتاژ ورودی نامی: ۲۴ ولت DC.
• محدوده مجاز ولتاژ ورودی: ۱۹.۲ ولت الی ۷۲ ولت DC. این دامنه وسیع ولتاژ ورودی اجازه می‌دهد که ماژول حتی در صورت افت ولتاژ شدید باتری‌ها یا منابع تغذیه اصلی، به پایداری عملکرد خود ادامه دهد.
• توان خروجی به باس پشت ریل: ۲۵ وات. این توان به صورت مستقیم به ساختار باس الکترونیکی تزریق می‌شود.
• جریان مصرفی ورودی: حداکثر ۱.۳ آمپر در ولتاژ ۲۴ ولت DC ورودی.
• ایزولاسیون گالوانیک: ماژول دارای ایزولاسیون کامل الکتریکی بین مدار ورودی ۲۴ ولت DC و مدار ولتاژ داخلی گذرگاه پشت ریل است که مانع از انتقال نویزهای شدید فیلد و زمین به پردازنده اصلی می‌شود.

 

• نقش حیاتی در تامین توان Backplane Bus و تغذیه ماژول‌های مجاور

هر ماژولی که روی ریل S7-1500 در کنار CPU قرار می‌گیرد (اعم از کارت‌های ورودی/خروجی آنالوگ، دیجیتال، ارتباطی CP/CM یا ماژول‌های پرسرعت شمارش‌گر)، برای راه‌اندازی مدارات مجتمع و پردازنده‌های کوچک داخلی خود مقداری توان از باس پشت ریل مصرف می‌کند.

• محدودیت توان داخلی CPU: خود پردازنده S7-1500 دارای یک پاور ماژول داخلی برای تامین توان باس پشت ریل است، اما این توان معمولاً به ۱۰ الی ۱۲ وات محدود می‌شود.
• سناریوی کمبود توان: اگر تعداد ماژول‌های قرارگرفته روی یک ریل زیاد شود (به عنوان مثال بیش از ۸ کارت)، توان ارائه‌شده توسط CPU برای راه‌اندازی ارتباطات باس پشت ریل کافی نخواهد بود. در این حالت، سیستم در پیکربندی نرم‌افزاری دچار خطا شده و کارت‌ها اصطلاحاً بالا نمی‌آیند.
• تزریق توان کمکی: با قرار دادن ماژول 6ES7505-0KA00-0AB0 روی ریل، توان کمکی ۲۵ واتی به باس پشتی تزریق شده و امکان قرار دادن ماژول‌های مصرف‌کننده بیشتر (تا حداکثر ۳۰ ماژول روی یک ریل) فراهم می‌شود.

 

• محاسبات توازن توان (Power Balance) در TIA Portal

یکی از بخش‌های جذاب مهندسی سیستم‌های S7-1500، انجام محاسبات توازن توان در نرم‌افزار TIA Portal است. هنگام چیدمان سخت‌افزار (Hardware Configuration):

• محاسبه خودکار مصرف توان: نرم‌افزار TIA Portal به صورت خودکار توان مصرفی هر کارت روی باس را برآورد می‌کند. ماژول‌های خروجی آنالوگ و کارت‌های شبکه اترنت پرسرعت معمولاً بیشترین مصرف توان باس را دارند.
• نمایش گرافیکی توازن: در صورتی که مصرف توان کارت‌ها از توان تولیدی CPU فراتر رود، خط توازن توان در TIA Portal به رنگ قرمز درآمده و نرم‌افزار هشدار می‌دهد که سیستم نیازمند یک منبع تغذیه سیستم (PS) است.
• موقعیت قرارگیری ماژول PS: مهندس طراح می‌تواند ماژول 6ES7505-0KA00-0AB0 را در اسلات‌های میانی ریل (اسلات‌های دارای پتانسیل تقسیم توان) قرار دهد تا توازن توان برقرار شده و رنگ وضعیت در نرم‌افزار به سبز تغییر یابد.

 

• مکانیزم‌های حفاظتی و رفتارهای هوشمند در شرایط بحرانی

از آنجا که این ماژول مستقیماً با هسته پردازشی سیستم در ارتباط است، هرگونه خطای الکتریکی در آن می‌تواند کل پروسه تولید را متوقف کند. زیمنس برای جلوگیری از این رخداد، سیستم‌های زیر را طراحی کرده است:

• حفاظت در برابر پلاریته معکوس (Reverse Polarity Protection): در صورتی که تکنسین برق سیم‌های مثبت و منفی ورودی ۲۴ ولت DC را جابه‌جا وصل کند، مدار محافظ مانع از سوختن ماژول می‌شود.
• پایداری در برابر قطعی‌های ولتاژ (Mains Buffering): این ماژول می‌تواند قطعی‌های ولتاژ ورودی تا مدت زمان ۱۰ میلی‌ثانیه را به طور کامل تحمل کند و ولتاژ باس پشت ریل را بدون کوچک‌ترین تغییری حفظ نماید.
• پایش دما و جریان خروجی: در صورت بروز اضافه بار حرارتی ناشی از دمای بالای تابلو، ماژول به صورت خودکار خروجی را کنترل کرده و وضعیت بحرانی را به پردازنده اعلام می‌کند تا پردازنده بتواند دستور خاموشی ایمن (Safe Shutdown) را صادر کند.

 

• مقایسه منابع تغذیه سیستم ۲۵ وات و ۶۰ وات زیمنس

زیمنس برای تامین توان‌های بالاتر باس پشت ریل، مدل‌های قوی‌تری نیز ارائه می‌دهد. جدول زیر مقایسه‌ای کاربردی میان مدل ۲۵ واتی با برادر بزرگتر خود ارائه می‌دهد:

 

• سوالات متداول (FAQ)

• آیا می‌توان ورودی ۲۴ ولت این ماژول را از خروجی یک منبع تغذیه PM 1507 تامین کرد؟

بله، در واقع یکی از استانداردهای طراحی تابلوهای S7-1500 همین است. شما خروجی ۲۴ ولت منبع تغذیه بار (PM) را به ترمینال ورودی منبع تغذیه سیستم (PS) متصل می‌کنید تا توان ورودی ۲۴ ولت مورد نیاز برای تبدیل به ولتاژ باس به این کارت برسد.

• آیا این ماژول فضای اسلات‌های CPU را اشغال می‌کند؟

این ماژول روی ریل S7-1500 نصب می‌شود و بسته به طراحی، می‌تواند در اسلات شماره ۱ (سمت چپ CPU) یا در اسلات‌های میانی ریل قرار گیرد. این ماژول دارای عرض ۳۵ میلی‌متر است و مانند یک کارت معمولی فضا اشغال می‌کند.

• آیا می‌توان از این ماژول برای تغذیه سنسورهای بیرونی (فیلد) استفاده کرد؟

خیر، این ماژول هیچ ترمینال خروجی برای مصرف‌کننده‌های بیرونی ندارد. تمام توان ۲۵ واتی تولیدشده توسط این کارت به صورت مستقیم و داخلی از طریق شینه‌های ارتباطی پشت ریل (U-Connectors) به ماژول‌های مجاور فرستاده می‌شود.

• اگر این ماژول در حین کارکرد سیستم قطع شود چه اتفاقی می‌افتد؟

در صورتی که توان مصرفی کارت‌های روی ریل بیش از توان باقیمانده سیستم باشد، با قطع این ماژول، ولتاژ باس افت کرده و ارتباط پردازنده با کارت‌های فیلد قطع خواهد شد. این موضوع منجر به رفتن CPU به حالت Stop یا ایجاد خطای سیستمی (System Fault) می‌شود.

 

• جمع‌بندی فنی

منبع تغذیه سیستم PS 25W 24V DC با کد فنی 6ES7505-0KA00-0AB0 تجهیز کلیدی و زیرساختی در راه‌اندازی پروژه‌های بزرگ اتوماسیون با سیستم S7-1500 است. این ماژول ۳۵ میلی‌متری با تبدیل ولتاژ ورودی ۲۴ ولت DC و تزریق توان ۲۵ واتی به گذرگاه پشت ریل (Backplane Bus)، پایداری ارتباط و تغذیه الکترونیکی پردازنده‌ها و کارت‌های جانبی را تضمین می‌کند. استفاده از این تجهیز هوشمند، راهکاری استاندارد برای رفع مشکل افت ولتاژ باس و تضمین عملکرد بی‌وقفه شبکه داخلی پی‌ال‌سی است.